扫描测距仪制造技术

一种移动机器人中的扫描光学测距仪包括光学发射器电路、非成像光学元件、光学检测器电路以及测距电路。所述非成像光学元件被布置成响应于所述光学发射器电路的操作在所述非成像光学元件的进入孔处接收光信号，并且将所述光信号导引至所述非成像光学元件的输出孔。所述光学检测器电路被配置成从所述非成像光学元件的输出孔接收所述光信号，并且基于所述光信号相对于所述光学发射器电路的相对应的输出的相应的相位差，来产生检测信号。所述测距电路被配置成由所述检测信号所指示的相位差来计算目标的距离。还论述了相关的装置和操作方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权要求本申请要求2013年11月1日提交的标题为“SCANNING RANGE FINDER”的美国临时专利申请号61/899,045的权益和优先权，该公开通过引用整体地结合于本文中。
本公开涉及扫描光学测距仪。具体而言，本文描述了与移动机器人中的扫描光学测距仪相关的系统和方法，所述移动机器人例如草坪修剪机器人和远程临场机器人。
技术介绍
激光测距仪可以基于从激光器输出的光的传播速度来测量到物体的距离。典型的激光测距仪基于飞行时间的原理来操作，这是通过在朝向目标的窄光束中发送激光脉冲，并且测量待从所述目标反射并且返回到发送器的脉冲所用的时间。光在空气中的传播速度相对地不受温度、湿度等影响。与声纳相比，准直的激光束能够允许对准确已知的位置的测量。使用光的速度的这种测量能够是非常快的，但可能还需要用于精确测量的快速的检测器电子装置。激光测距仪还可以基于间接的飞行时间或相移方法来操作，这是通过将具有正弦调制的光功率的激光束发送到目标。监测反射光（来自漫反射或镜面反射），并且将功率调制的相位与所发送的光的相位相比较。所获得的相移可以是2π乘以飞行时间乘以调制频率，这说明较高的调制频率能够导致较高的空间分辨率。
技术实现思路
根据一些实施例，一种移动机器人中的扫描光学测距仪包括光学发射器电路、非成像光学元件、光学检测器电路以及测距电路。所述非成像光学元件被布置成响应于所述光学发射器电路的操作在所述非成像光学元件的进入孔处接收不同的光信号，并且将所述光信号导引至所述非成像光学元件的输出孔。所述光学检测器电路被配置成从所述非成像光学元件的输出孔接收所述光信号，并且基于所述光信号相对于所述光学发射器电路的相对应的输出的相应的相位差，来产生相应的检测信号。所述测距电路被配置成由所述检测信号所指示的相位差来计算多个距离，并且将所述多个距离中的一个认定为目标的距离。在一些实施例中，所述非成像光学元件可以是复合抛物面收集器元件。所述机器人还可包括可旋转的转台，所述转台包括收集光学器件（collection optics），所述收集光学器件被布置成响应于所述转台的旋转而将所述光信号导引至所述复合抛物面收集器元件。所述复合抛物面收集器元件可以包括：抛物面，其在其相对的端部处限定了所述进入孔和所述输出孔；以及凸缘，其绕与所述抛物面的进入孔相邻的所述抛物面的周缘延伸。所述凸缘可以具有比所述进入孔大的直径，并且可以限定从所述抛物面突出的唇缘。在一些实施例中，所述光学发射器电路可以被配置成在所述转台的旋转期间在不同的频率之间顺序地切换所述光学发射器电路的输出。在一些实施例中，所述光学发射器电路可以被配置成在所述转台的旋转期间动态地改变所述光学发射器电路的输出的功率级别。在一些实施例中，所述光信号可以具有不同的频率。所述测距电路可以被配置成基于所述相应的检测信号所指示的所述多个距离的比较，来计算所述目标的距离。在一些实施例中，所述光学检测器电路可以包括平均化检测器（averaging 检测器），所述平均化检测器配置成基于所述相应的相位差来输出表示平均电压的相应的检测信号。对于相应的检测信号，所述测距电路可以被配置成由相应的检测信号的平均电压来计算多个距离，并且基于所述多个距离的最小公倍数来将所述多个距离中的一个认定为所述目标的距离。在一些实施例中，所述光学发射器电路可以被配置成在所述光学发射器电路的相应的输出之间提供相移。在一些实施例中，所述测距电路可以被配置成确定在所述输出中的一个从所述光学发射器电路发射和所述光信号中相对应的一个到达所述光学检测器电路处之间的时间延迟，并且基于所述时间延迟来将所述多个距离中的一个认定为所述目标的距离。在一些实施例中，来自光学发射器的输出可以相应地包括多个选通的突发（gatedburst）。所述测距电路可以被配置成基于所述光信号中的一个的突发的超过阈值的信号强度，来确定所述光信号中的一个的到达时间。在一些实施例中，所述测距电路可以被配置成由所述光信号中的一个的突发的信号强度来推断所述突发的上升沿，以确定所述到达时间。例如，所述光学检测器电路可以被配置成计算指示所述信号强度的接收信号强度指示（RSSI）信号，并且对接收信号强度指示（RSSI）本底噪声采样，以限定所述阈值，并且所述测距电路可以被配置成基于所述RSSI信号相对于所述RSSI本底噪声的上升时间，来推断所述突发的上升沿的时间。在一些实施例中，所述平均化检测器可以被配置成响应于对所述平均化检测器的强制成预定状态的输入信号，而输出表示平均电压的相应的检测信号。在一些实施例中，所述光学发射器电路可以包括耦接到光学发射器的可编程频率时钟。所述光学发射器电路可以被配置成当所述光学发射器指向固定距离的校准目标时改变所述时钟的频率，以由所述光学发射器在相应的频率下输出多个校准信号，并且可以被配置成将所述时钟动态地调整至与所述校准信号中具有所述光学检测器电路所指示的最高的接收信号强度的一个相对应的所述相应的频率中的一个。在一些实施例中，所述相应的频率中的一个可以对应于在光学检测器电路中包括的带通滤波器的中心频率。在一些实施例中，所述相应的频率可以包括所述时钟的电流频率、大于所述电流频率的频率以及小于所述电流频率的频率。所述光学发射器电路可以被配置成在移动机器人的操作期间设定所述时钟的频率。根据另外的实施例，在一种操作非成像光学测距仪电路的方法中，从光学发射器电路发射不同的测距信号，并且响应于所述发射，相应的光信号经由非成像光学元件在光学检测器电路处被接收。基于在所述光学检测器电路处接收的光信号相对于从所述光学发射器电路发射的相对应的测距信号的相应的相位差，来产生相应的检测信号。由检测信号所指示的相位差来计算多个距离，并且所述多个距离中的一个被认定为目标的距离。在一些实施例中，所述光信号可以具有不同的频率。目标的距离可以通过比较相应的检测信号所指示的所述多个距离来计算。在一些实施例中，所述相应的检测信号可以基于相应的相位差来表示平均电压。在比较所述相应的检测信号时，可由检测信号的平均电压来计算所述多个距离，并且基于所述多个距离的最小公倍数，所述多个距离中的一个可以被认定为目标的距离。在一些实施例中，通过在不同的频率之间顺序地切换，可以从光学发射器电路发射所述相应的测距信号。在一些实施例中，可以确定在所述测距信号中的一个从光学发射器电路发射和所述光信号中相对应的一个到达光学检测器电路处之间的时间延迟，并且基于所述时间延迟，所述多个距离中的一个可以被认定为目标的距离。在一些实施例中，来自光学发射器的测距信号可以相应地包括多个选通的突发，并且所述光信号中的一个的到达时间可以基于所述光信号中的一个的突发的超过阈值的信号强度来确定。在一些实施例中，所述到达时间可以通过由所述突发的信号强度推断所述突发的上升沿来确定。例如，可以对接收信号强度指示（RSSI）本底噪声采样，以限定所述阈值，可以计算指示所述信号强度的接收信号强度指示（RSSI）信号，并且可以基于所述RSSI信号相对于所述RSSI本底噪声的上升时间，来推断所述突发的上升沿的时间。根据再另外的实施例，一种光学测距仪电路包括光学发射器电路、光学检测器电路以及测距电路。所述光学发射器电路被配置成输出具有不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括扫描光学测距仪的移动机器人，所述扫描光学测距仪包括：光学发射器电路；非成像光学元件，其布置成响应于所述光学发射器电路的操作在其进入孔处接收不同的光信号，并且将所述光信号导引至其输出孔；光学检测器电路，其配置成从所述非成像光学元件的输出孔接收所述光信号，并且基于所述光信号相对于所述光学发射器电路的相对应的输出的相应的相位差，来产生相应的检测信号；以及测距电路，其耦接到所述光学检测器电路，并且配置成由所述检测信号所指示的相位差来计算多个距离，并且将所述多个距离中的一个认定为目标的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.01 US 61/8990451.一种包括扫描光学测距仪的移动机器人，所述扫描光学测距仪包括：光学发射器电路；非成像光学元件，其布置成响应于所述光学发射器电路的操作在其进入孔处接收不同的光信号，并且将所述光信号导引至其输出孔；光学检测器电路，其配置成从所述非成像光学元件的输出孔接收所述光信号，并且基于所述光信号相对于所述光学发射器电路的相对应的输出的相应的相位差，来产生相应的检测信号；以及测距电路，其耦接到所述光学检测器电路，并且配置成由所述检测信号所指示的相位差来计算多个距离，并且将所述多个距离中的一个认定为目标的距离。2.如权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，所述非成像光学元件包括复合抛物面收集器元件，并且还包括：可旋转的转台，其包括收集光学器件，所述收集光学器件被布置成响应于所述转台的旋转而将所述光信号导引至所述复合抛物面收集器元件。3. 如权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，所述复合抛物面收集器元件包括：抛物面，其在其相对的端部处限定了所述进入孔和所述输出孔；以及凸缘，其绕与所述抛物面的进入孔相邻的所述抛物面的周缘延伸，所述凸缘具有比所述进入孔大的直径，并且限定了从所述抛物面突出的唇缘。4.如权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，所述光学发射器电路被配置成在所述转台的旋转期间在不同的频率之间顺序地切换所述光学发射器电路的输出。5.如权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，所述光学发射器电路被配置成在所述转台的旋转期间动态地改变所述光学发射器电路的输出的功率级别。6. 如权利要求1所述的移动机器人，其特征在于：所述不同的光信号具有不同的频率；以及所述测距电路被配置成基于所述相应的检测信号所指示的所述多个距离的比较，来计算所述目标的距离。7. 如权利要求6所述的移动机器人，其特征在于：所述光学检测器电路包括平均化检测器，所述平均化检测器配置成基于所述相应的相位差来输出表示平均电压的所述相应的检测信号；以及对于所述相应的检测信号，所述测距电路被配置成由所述相应的检测信号的平均电压来计算所述多个距离，并且基于所述多个距离的最小公倍数来将所述多个距离中的一个认定为所述目标的距离。8.如权利要求6所述的移动机器人，其特征在于，所述光学发射器电路被配置成在所述光学发射器电路的相应的输出之间提供相移。9.如权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，所述测距电路被配置成确定在所述输出中的一个从所述光学发射器电路发射和所述光信号中相对应的一个到达所述光学检测器电路处之间的时间延迟，并且基于所述时间延迟来将所述多个距离中的一个认定为所述目标的距离。10.如权利要求9所述的移动机器人，其特征在于，来自光学发射器的输出相应地包括多个选通的突发，并且其中，所述测距电路被配置成基于所述输出的突发的超过阈值的信号强度来确定所述光信号中的一个的到达时间。11.如权利要求9所述的移动机器人，其特征在于，所述测距电路被配置成由所述光信号中的一个的突发的信号强度来推断所述突发的上升沿，以确定所述到达时间。12. 如权利要求11所述的移动机器人，其特征在于：所述光学检测器电路被配置成计算指示所述信号强度的接收信号强度指示（RSSI）信号，并且对接收信号强度指示（RSSI）本底噪声采样，以限定所述阈值；以及所述测距电路被配置成基于所述RSSI信号相对于所述RSSI本底噪声的上升时间来推断所述突发的上升沿的时间。13.如权利要求7所述的移动机器人，其特征在于，所述平均化检测器被配置成响应于对所述平均化检测器的强制成预定状态的输入信号，而输出表示所述平均电压的所述相应的检测信号。14.如权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，所述光学发射器电路包括耦接到光学发射器的可编程频率时钟，并且其中，所述光学发射器电路被配置成当所述光学发射器指向固定距离的校准目标时改变所述时钟的频率，以由所述光学发射器在相应的频率下输出多个校准信号，并且被配置成将所述时钟动态地调整至与所述校准信号中具有所述光学检测器电路所指示的最高的接收信号强度的一个相对应的所述相应的频率中的一个。15.如权利要求14所述的移动机器人，其特征在于，所述相应的频率包括所述时钟的电流频率、大于所述电流频率的频率以及小于所述电流频率的频率，并且其中，所述光学发射器电路被配置成在所述移动机器人的操作期间设定所述时钟的频率。16.一种操作非成像光学测距仪电路的方法，所述方法包括：从光学发射器电路发射不同的测距信号；在光学检测器电路处，响应于所述发射，从非成像光学元件接收相应的光信号；基于在所述光学检测器电路处接收的所述相应的光信号相对于从所述光学发射器电路发射的相对应的测距信号的相应的相位差，来产生相应的检测信号；由所述检测信号所指示的相位差来计算多个距离；以及将所述多个距离中的一个认定为目标的距离。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述相应的光信号具有不同的频率，并且其中，所述认定包括比较所述相应的检测信号所指示的所述多个距离。18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述相应的检测信号基于所述相应的相位差来表示平均电压，并且其中，所述比较包括：对于所述相应的检测信号，由所述相应的检测信号的平均电压来计算所述多个距离；以及基于所述多个距离的最小公倍数而将所述多个距离中的一个认定为所述目标的距离。19.如权利要求18所述的方法，还包括：在所述不同的频率之间顺序地切换，以从所述光学发射器电路发射所述相应的测距信号。20. 如权利要求16所述的方法，还包括：确定在所述测距信号中的一个从所述光学发射器电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：T皮尔斯，J米利肯，M维尔加，
申请(专利权)人：艾罗伯特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US