一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人制造技术

一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人。该用于扫地机器人的TOF模组包括一投射模组和一接收模组。该投射模组适于被安装于扫地机器人本体，用于投射输出光场，其中该输出光场在水平方向上的角度与在竖直方向上的角度之比大于10。该接收模组适于被对应地安装于该扫地机器人本体，用于接收被反射回的接收光场，从而应用TOF原理进行测距。

【技术实现步骤摘要】
一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人
本专利技术涉及机器视觉
，更具体地涉及一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人。
技术介绍
飞行时间法(TimeOfFlight，TOF)通过测量投射模组发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔t(常被称为脉冲测距法)或激光往返环境目标一次所产生的相位(相位差测距法)来实现对环境目标的三维结构或三维轮廓的测量。TOF模组作为一种精度较高的测距仪器，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3D建模等诸多领域。而不同的应用领域或应用场景对TOF模组的性能要求也不相同，这就需要根据具体的应用领域或应用场景来设计不同的TOF模组。随着科学技术的飞速发展，扫地机器人也逐渐进入了大众的视野，并且扮演着越来越重要的角色。但在扫地机器人的投射接收模组实现方案中，目前技术较为成熟的TOF模组的视场角通常较小，而扫地机器人在水平方向(即H方向)上需要较大的视场角，以便测量较大范围的障碍信息。与此同时，扫地机器人在竖直方向(即V方向)上又需要较小的视场角，不仅是因为扫地机器人在V方向没有大视场角需求，同时可以此避免因地面反光而影响TOF模组的测量精度，甚至会导致该TOF模组无法正常工作。此外，目前大多数扫地机器人的TOF模组位于该扫地机器人的上方，并且其在竖直方向(即V方向)上的视场角窗口在水平线以上，使得该视场角窗口位于扫地机器人的上方，这导致扫地机器人对诸如粪便、楼梯灯底面障碍物无法做出鉴别，进而影响扫地机器人的清扫效果和安全性能。而如果采用在水平线以下的设计，则扫地机器人本身的结构将会挡住投射接收模组所投射的光线，无法准确测距，甚至会导致该扫地机器人无法正常工作。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，其能够提供较大的水平视场角和较小的竖直视场角，有助于满足扫地机器人的实际测量需求。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述TOF模组适于被安装于扫地机器人本体的侧部，有助于实现所述扫地机器人对诸如楼梯、粪便等位置的避障功能。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述TOF模组的投射模组的输出光场在水平方向上的光强分布满足且N＝cosm(θmax)，m＞1，使得所述TOF模组的接收模组接收到光强分布相对均匀的接收光场，有助于提高所述TOF模组的测量精度。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述TOF模组的投射模组的输出光场在水平方向上的光强分布最大值与最小值之间的比值不小于3，有助于兼顾所述扫地机器人所需的测距范围以及接收光场的均匀性。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述接收模组能够利用所述投射模组的输出光场中部分模糊区域的光能，有助于提高所述TOF模组的光能利用率。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述投射模组的输出光场在竖直方向上的模糊区域的角度不大于2°，有助于防止因地面反光而影响所述TOF模组的测量结果。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述投射模组的输出光场的竖直视场角不大于5°，有助于集中所述输出光场的总光强，以便提高所述TOF模组的测距范围。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述接收模组中所述感光模块的主光倾斜角和镜头模块的主光倾斜角可以不匹配，有助于通过调整感光模块和/或镜头模块的主光倾斜角来增大所述镜头模块的相对照度。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述接收模组中所述感光模块的主光倾斜角CRA_S和所述镜头模块的主光倾斜角CRA_L满足条件：(CRA_S-CRA_L)*RI≥10，有助于增加所述TOF模组的测距范围。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述TOF模组的所述接收模组能够将竖直分辨率方向上的解像力补偿给水平分辨率方向上的解像力，也就是说，所述接收模组能够牺牲竖直方向上的像质以提高水平方向上的像质。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述TOF模组的所述接收模组在竖直分辨率方向和水平分辨率方向上的解像力满足关系：100*MTF@unin)/(MTF@in*RI)≤3，有助于有效地提高所述镜头模块的相对照度，以便进一步增加所述TOF模组的测距范围。本专利技术的另一目的在于提供一种用于扫地机器人的TOF模组和扫地机器人，在本专利技术的一实施例中，其中所述接收模组能够在保证所述接收模组具有较高解像力的同时，减小所述镜头模块中所需的透镜数量，有助于缩小整个接收模组的结构尺寸。为了实现上述至少一专利技术目的或其他目的和优点，本专利技术提供了一种用于扫地机器人的TOF模组，包括：一投射模组，其中所述投射模组适于被设置于扫地机器人本体，用于投射输出光场，其中所述输出光场在水平方向上的角度与在竖直方向上的角度之比大于10；和一接收模组，其中所述接收模组适于被对应地设置于该扫地机器人本体，用于接收被反射回的接收光场。在本专利技术的一实施例中，所述投射模组适于被安装于该扫地机器人本体的侧部，并且所述接收模组适于被对应地安装于所述该扫地机器人的侧部。在本专利技术的一实施例中，所述投射模组的所述输出光场在水平方向上的光强分布满足其中N＝cosm(θmax)，m＞1，其中θ为衍射角，I为相对光强。在本专利技术的一实施例中，所述输出光场在水平方向上光强分布的最大值与最小值之间的比值不小于3。在本专利技术的一实施例中，所述输出光场在水平方向上的模糊区域的起始位置角度小于所述投射模组的最大水平视场角。在本专利技术的一实施例中，所述输出光场在竖直方向上的模糊区域的角度范围不大于2°。在本专利技术的一实施例中，所述投射模组的所述输出光场在水平方向上的光强分布满足其中m＝1.73。在本专利技术的一实施例中，所述投射模组包括一光源模块和一衍射光学元件，其中所述衍射光学元件设于所述光源模块的发射路径，用于对所述光源模块发射的输入光场进行整形，以形成所述输出光场。在本专利技术的一实施例中，所述投射模组的所述衍射光学元件还用于在竖直方向上准直所述光源模块发射的所述输入光场。在本专利技术的一实施例中，所述接收模组包括一感光芯片和一镜头组件，其中所述镜头组件被对应地设置于所述感光芯片的感光路径，用于对该接收光场进行整形，其中所述感光芯片与所述镜头组件满足条件：(CRA_S-CRA_L)*RI≥10，其中CRA_S为所述感光芯片的主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于扫地机器人的TOF模组，其特征在于，包括：/n一投射模组，其中所述投射模组适于被设置于扫地机器人本体，用于投射输出光场，其中所述输出光场在水平方向上的角度与在竖直方向上的角度之比大于10；和/n一接收模组，其中所述接收模组适于被对应地设置于该扫地机器人本体，用于接收被反射回的接收光场。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于扫地机器人的TOF模组，其特征在于，包括：
一投射模组，其中所述投射模组适于被设置于扫地机器人本体，用于投射输出光场，其中所述输出光场在水平方向上的角度与在竖直方向上的角度之比大于10；和
一接收模组，其中所述接收模组适于被对应地设置于该扫地机器人本体，用于接收被反射回的接收光场。


2.如权利要求1所述的用于扫地机器人的TOF模组，其中，所述投射模组适于被安装于该扫地机器人本体的侧部，并且所述接收模组适于被对应地安装于所述该扫地机器人的侧部。


3.如权利要求1所述的用于扫地机器人的TOF模组，其中，所述投射模组的所述输出光场在水平方向上的光强分布满足其中N＝cosm(θmax)，m＞1；其中θ为衍射角，I为相对光强。


4.如权利要求2所述的用于扫地机器人的TOF模组，其中，所述投射模组的所述输出光场在水平方向上的光强分布满足其中N＝cosm(θmax)，m＞1；其中θ为衍射角，I为相对光强。


5.如权利要求4所述的用于扫地机器人的TOF模组，其中，所述输出光场在水平方向上光强分布的最大值与最小值之间的比值不小于3。


6.如权利要求5所述的用于扫地机器人的TOF模组，其中，所述输出光场在水平方向上的模糊区域的起始位置角度小于所述投射模组的最大水平视场角。


7.如权利要求6所述的用于扫地机器人的TOF模组，其中，所述输出光场在竖直方向上的模糊区域的角度范围不大于2°。


8.如权利要求7所述的用于扫地机器人的TOF模组，其中，所述投射模组的所述输出光场在水平方向上的光强分布满足其中m＝1.73。


9.如权利要求1至8中任一所述的用于扫地机器人的TOF模组，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张扣文，郭美杉，刘冰玉，潘锋，
申请(专利权)人：余姚舜宇智能光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33