本发明专利技术公开了一种基于高峰值功率VCSEL激光器的扫描测距装置，包括激光旋转测距组件和控制与数据输出组件，其中，激光旋转测距组件包括上盖、光学模块、第一PCB板、光栅盘和无线供电接收线圈，第一PCB板包括第一MCU模块、TDC模块、第一DC‑DC模块、无线供电接收模块和VCSEL调制电路，控制与数据输出组件包括下盖、支撑座、第二PCB板、光电开关、无线供电发射线圈和空心轴电机，第二PCB板包括第二MCU模块、第二DC‑DC模块、无线供电发射模块、电机驱动模块和距离信号接收电路。有益效果：本发明专利技术不仅具有高峰值功率、高调制速率、高抗干扰性能的优点，而且还有效地去掉了皮带传动，大大提升了产品稳定性和使用寿命，缩小了装置的体积。
【技术实现步骤摘要】
一种基于高峰值功率VCSEL激光器的扫描测距装置
本专利技术涉及激光距离传感领域，具体来说，涉及一种基于高峰值功率VCSEL激光器的扫描测距装置。
技术介绍
通信、传感和计算是未来人工智能社会不可或缺的三大技术支撑。VCSEL激光器由于其高峰值功率、圆形光斑、高速调制、电光转换效率高等优点在高速光通信、数据中心、光存储等领域早已被广泛应用。而在传感领域，尤其是3D成像、激光雷达、接近传感等，VCSEL也因为其优异性能而越来越受到关注。移动机器人是传感领域内一种集成度很高的智能装备，扫地机器人、AGV小车以及服务型机器人等都属于移动机器人。移动机器人周身搭配了各种各样的传感器，包括激光雷达、超声波传感器、防碰撞传感器、陀螺仪等；然后，搭配智能算法，移动机器人就拥有了环境感知探测、动态决策、行为规划和执行的能力，可以按照算法设定独立的开展工作。移动机器人在某些领域内具有超过人类的能力，比如灵敏度、反应时间和环境适应性，在地形探测、巡逻避障等领域内有重要应用价值。其中，激光雷达主要功能就是为移动机器人提供感知世界的‘眼睛’，让移动机器人可以清晰地探测周围地形、障碍物等，辅助移动机器人做出正确的行为规划。然而，在现有的此类激光雷达中，常采用三角法的方案：波长为780nm的发射光源以及皮带传动等，导致此类激光雷达基线长、体积大、抗干扰性差、皮带容易老化导致旋转功能不稳等缺点；此外，现有的激光测距设备中主要使用的光源为EEL激光器，由于其不对称的光束发散角度和高成本使得其成为激光测距设备的短板，针对相关技术中的问题，目前还有很大的改善空间。
技术实现思路
针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种基于高峰值功率VCSEL激光器的扫描测距装置，属于一种基于飞行时间的激光扫描雷达，激光光源采用了VCSEL激光器，激光脉冲上升沿快至约2ns，宽度窄至约10ns，具有很高的峰值功率。目的在于提供一款体积小、功能优异的用于地形探测、巡航避障的激光扫描雷达，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种基于高峰值功率VCSEL激光器的扫描测距装置，包括激光旋转测距组件和位于所述激光旋转测距组件底部的控制与数据输出组件；其中，所述激光旋转测距组件包括上盖、光学模块、第一PCB板、光栅盘和无线供电接收线圈，所述上盖的内部设置有所述光学模块，所述光学模块的底部设置有与之相配合的所述第一PCB板，所述第一PCB板的底部设置有所述光栅盘，所述光栅盘的外侧设置有与之相配合的所述无线供电接收线圈；所述第一PCB板上设置有第一MCU模块、TDC模块、第一DC-DC模块、无线供电接收模块和VCSEL调制电路，所述第一MCU模块分别与所述TDC模块、所述第一DC-DC模块和所述VCSEL调制电路电连接，所述无线供电接收模块与所述第一DC-DC模块电连接，且所述无线供电接收模块还通过导线与所述无线供电接收线圈电连接；所述控制与数据输出组件包括下盖、支撑座、第二PCB板、光电开关、无线供电发射线圈和空心轴电机，所述下盖的内部设置有所述第二PCB板，所述第二PCB板的顶部设置有所述支撑座，且所述第二PCB板上固定设置有所述光电开关，所述支撑座的顶部设置有所述无线供电发射线圈，所述无线供电发射线圈的内侧设置有所述空心轴电机，且所述空心轴电机输出轴的顶端贯穿所述光栅盘并与所述第一PCB板固定连接；所述第二PCB板上设置有第二MCU模块、第二DC-DC模块、无线供电发射模块、电机驱动模块和距离信号接收电路，第二MCU模块依次与所述第二DC-DC模块、所述电机驱动模块和所述距离信号接收电路电连接，所述无线供电发射模块通过导线与所述无线供电接收线圈电连接。进一步的，为了便于实现激光测距，所述光学模块包括底座，且所述底座的底部与所述第一PCB板的顶部连接，所述底座的顶部设置有发射镜筒，所述发射镜筒的内部设置有与之相配合的激光发射单元，所述发射镜筒的一侧设置有接收镜筒，所述接收镜筒的内部设置有与之相配合的激光接收单元。进一步的，为了保证在远距离时激光光斑还能具有较高的光功率密度，所述激光发射单元包括设置于所述发射镜筒的前端的凸透镜，所述发射镜筒的后端设置有第一镜头固定块，所述第一镜头固定块的后端设置有高峰值功率、高调制速率的VCSEL激光器，所述VCSEL激光器的后侧设置有发射板，且所述发射板的前侧与所述发射镜筒的后端连接，且所述发射板上设置有窄脉冲大电流的激光驱动电路，所述发射板的后侧设置有第一屏蔽罩。进一步的，为了便于实现对漫发射激光的收集，所述激光接收单元包括设置于所述接收镜筒前端的平凸透镜，所述平凸透镜的后侧且位于所述接收镜筒的后端设置有第二镜头固定块，且所述第二镜头固定块和所述第一镜头固定块的中部为空心结构，所述第二镜头固定块的内部设置有PIN二极管，所述PIN二极管的后侧设置有接收板，且所述接收板上设置有多级信号放大电路，所述接收板的后侧设置有第二屏蔽罩。进一步的，为了便于实现对漫发射激光的收集，所述平凸透镜的前端为弧形凸起面结构，所述平凸透镜的后端为平面结构，且所述平凸透镜的后端平面上设置有补偿镜片。进一步的，为了便于实现装置的连接，所述底座与所述上盖和所述第一PCB板之间、所述支撑座与所述空心轴电机和所述下盖之间均通过若干螺丝固定连接，且所述第一PCB板与所述发射板和所述接收板之间均通过线缆电连接。进一步的，为了可以实现旋转角度的采集，所述光电开关为槽型光电开关，且所述槽型光电开关与可旋转的所述光栅盘之间构成角度采集单元。进一步的，为了使得激光旋转测距组件的距离信息可以实时的传递至所述控制与数据输出组件，所述距离信号接收电路由Si-PIN二极管组成。进一步的，为了使得装置更加的可靠、体积更加小巧，所述空心轴电机的空心轴为所述激光旋转测距组件和所述控制与数据输出组件之间的光电传输提供了光电传输通道。进一步的，为了实现了光、磁、机械的融合，所述无线供电接收线圈的中心、所述空心轴电机输出轴的中心和所述光电传输通道的中心为同轴设置。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过采用VCSEL激光器，具有高峰值功率、高调制速率的优点，搭配窄带接收PIN二极管，有效地提高扫描测距装置的抗干扰性能；同时，本专利技术还搭配了高精度TDC计时模块、高性能MCU和光学模块，以及光电传输和无线供电功能；此外，本专利技术的旋转装置通过采用空心轴的直流无刷电机，去掉了皮带传动，大大提升了产品稳定性和使用寿命，装置体积也缩小了数倍。2、本专利技术功能复杂结构紧凑，在狭小的体积内合理布局，利用光电传输，实现光磁融合，实现了距离、角度的探测和输出；此外，本专利技术可输出至少6m半径内，360°平面内的点云数据，采样频率超过6KHz，角度分辨率达到0.25°，点云密度远超一般的同类激光雷达，具有采样频次高、测量精度高，点云密集的优点，相比其他同类产品，有很大优势。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高峰值功率VCSEL激光器的扫描测距装置，其特征在于，包括激光旋转测距组件(1)和位于所述激光旋转测距组件(1)底部的控制与数据输出组件(2)；/n其中，所述激光旋转测距组件(1)包括上盖(101)、光学模块(102)、第一PCB板(103)、光栅盘(104)和无线供电接收线圈(105)，所述上盖(101)的内部设置有所述光学模块(102)，所述光学模块(102)的底部设置有与之相配合的所述第一PCB板(103)，所述第一PCB板(103)的底部设置有所述光栅盘(104)，所述光栅盘(104)的外侧设置有与之相配合的所述无线供电接收线圈(105)；/n所述第一PCB板(103)上设置有第一MCU模块(1031)、TDC模块(1032)、第一DC-DC模块(1033)、无线供电接收模块(1034)和VCSEL调制电路(1035)，所述第一MCU模块(1031)分别与所述TDC模块(1032)、所述第一DC-DC模块(1033)和所述VCSEL调制电路(1035)电连接，所述无线供电接收模块(1034)与所述第一DC-DC模块(1033)电连接，且所述无线供电接收模块(1034)还通过导线与所述无线供电接收线圈(105)电连接；/n所述控制与数据输出组件(2)包括下盖(201)、支撑座(202)、第二PCB板(203)、光电开关(204)、无线供电发射线圈(205)和空心轴电机(206)，所述下盖(201)的内部设置有所述第二PCB板(203)，所述第二PCB板(203)的顶部设置有所述支撑座(202)，且所述第二PCB板(203)上固定设置有所述光电开关(204)，所述支撑座(202)的顶部设置有所述无线供电发射线圈(205)，所述无线供电发射线圈(205)的内侧设置有所述空心轴电机(206)，且所述空心轴电机(206)输出轴的顶端贯穿所述光栅盘(104)并与所述第一PCB板(103)固定连接；/n所述第二PCB板(203)上设置有第二MCU模块(2031)、第二DC-DC模块(2032)、无线供电发射模块(2033)、电机驱动模块(2034)和距离信号接收电路(2035)，第二MCU模块(2031)依次与所述第二DC-DC模块(2032)、所述电机驱动模块(2034)和所述距离信号接收电路(2035)电连接，所述无线供电发射模块(2033)通过导线与所述无线供电接收线圈(105)电连接。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于高峰值功率VCSEL激光器的扫描测距装置，其特征在于，包括激光旋转测距组件(1)和位于所述激光旋转测距组件(1)底部的控制与数据输出组件(2)；
其中，所述激光旋转测距组件(1)包括上盖(101)、光学模块(102)、第一PCB板(103)、光栅盘(104)和无线供电接收线圈(105)，所述上盖(101)的内部设置有所述光学模块(102)，所述光学模块(102)的底部设置有与之相配合的所述第一PCB板(103)，所述第一PCB板(103)的底部设置有所述光栅盘(104)，所述光栅盘(104)的外侧设置有与之相配合的所述无线供电接收线圈(105)；
所述第一PCB板(103)上设置有第一MCU模块(1031)、TDC模块(1032)、第一DC-DC模块(1033)、无线供电接收模块(1034)和VCSEL调制电路(1035)，所述第一MCU模块(1031)分别与所述TDC模块(1032)、所述第一DC-DC模块(1033)和所述VCSEL调制电路(1035)电连接，所述无线供电接收模块(1034)与所述第一DC-DC模块(1033)电连接，且所述无线供电接收模块(1034)还通过导线与所述无线供电接收线圈(105)电连接；
所述控制与数据输出组件(2)包括下盖(201)、支撑座(202)、第二PCB板(203)、光电开关(204)、无线供电发射线圈(205)和空心轴电机(206)，所述下盖(201)的内部设置有所述第二PCB板(203)，所述第二PCB板(203)的顶部设置有所述支撑座(202)，且所述第二PCB板(203)上固定设置有所述光电开关(204)，所述支撑座(202)的顶部设置有所述无线供电发射线圈(205)，所述无线供电发射线圈(205)的内侧设置有所述空心轴电机(206)，且所述空心轴电机(206)输出轴的顶端贯穿所述光栅盘(104)并与所述第一PCB板(103)固定连接；
所述第二PCB板(203)上设置有第二MCU模块(2031)、第二DC-DC模块(2032)、无线供电发射模块(2033)、电机驱动模块(2034)和距离信号接收电路(2035)，第二MCU模块(2031)依次与所述第二DC-DC模块(2032)、所述电机驱动模块(2034)和所述距离信号接收电路(2035)电连接，所述无线供电发射模块(2033)通过导线与所述无线供电接收线圈(105)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于高峰值功率VCSEL激光器的扫描测距装置，其特征在于，所述光学模块(102)包括底座(10201)，且所述底座(10201)的底部与所述第一PCB板(103)的顶部连接，所述底座(10201)的顶部设置有发射镜筒(10202)，所述发射镜筒(10202)的内部设置有与之相配合的激光发射单元，所述发射镜筒(10202)的一侧设置有接收镜筒(10208)，所述接收镜筒(10208)的内部设置有与之相配合的激光接收单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于高峰值功率VCSEL激光器的扫描测距装置，其特征在于，所述激光发...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗玉辉，丁最，江波，
申请(专利权)人：深圳新亮智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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