一种场景扫描装置论文和设计-李喆

全文摘要

本实用新型公开了一种场景扫描装置，包括传感器模块、第一转动机构和第二转动机构；所述第一转动机构与所述传感器模块连接，且所述第一转动机构能驱动所述传感器模块绕第一轴线旋转；所述第一转动机构安装于旋转支架一端；所述第二转动机构与所述旋转支架连接，且所述第二转动机构能驱动所述旋转支架绕第二轴线旋转；所述第一轴线与所述第二轴线成预定的夹角；所述旋转支架另一端安装有支撑件；所述支撑件与所述传感器模块连接。本实用新型传感器模块远离第一转动机构的一侧设置了支撑件，提高了扫描仪的稳固性；本实用新型的第一转动机构和\/或第二转动机构上设置有限位装置、止转开关、感应开关等结构，极大地提高了旋转控制精度。

主设计要求

1.一种场景扫描装置，包括传感器模块(1)、第一转动机构(2)和第二转动机构(3)；所述第一转动机构(2)与所述传感器模块(1)连接，且所述第一转动机构(2)能驱动所述传感器模块(1)绕第一轴线旋转；所述第一转动机构(2)安装于旋转支架(4)一端；所述第二转动机构(3)与所述旋转支架(4)连接，且所述第二转动机构(3)能驱动所述旋转支架(4)绕第二轴线旋转；所述第一轴线与所述第二轴线成预定的夹角；其特征在于，所述旋转支架(4)另一端安装有支撑件(8)；所述支撑件(8)与所述传感器模块(1)连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的场景扫描装置，其特征在于，所述第一转动机构(2)通过第一连接轴(6)与所述传感器模块(1)连接；所述第二转动机构(3)通过第二连接轴(5)与所述旋转支架(4)连接。

3.根据权利要求2所述的场景扫描装置，其特征在于，还包括限位装置；所述限位装置包括弹弓圈(51)；所述弹弓圈(51)外圈设有向外伸出的弹性棘齿(511)；所述弹性棘齿(511)与齿圈(52)内圈上的内齿棘轮啮合；所述齿圈(52)外圈设有多个限位槽(522)；所述齿圈(52)附近设置有限位开关(53)，且当所述限位开关(53)伸出时，限位开关(53)的凸起与对应位置的限位槽(522)啮合；其中，所述弹弓圈(51)安装于第一连接轴(6)上且能随所述第一连接轴(6)转动；或者所述弹弓圈(51)安装于第二连接轴(5)上且能随所述第二连接轴(5)转动；或者所述第一连接轴(6)、第二连接轴(5)上均安装有所述弹弓圈(51)；或者所述弹弓圈(51)安装于所述传感器模块(1)上；或者所述弹弓圈(51)安装于所述旋转支架(4)上；或者所述传感器模块(1)、旋转支架(4)上均安装有所述弹弓圈(51)；

对于第一转动机构，当所述限位开关(53)的凸起与对应位置的限位槽(522)啮合时，所述传感器模块(1)停止绕第一轴线转动；对于第二转动机构，当所述限位开关(53)的凸起与对应位置的限位槽(522)啮合时，所述传感器模块(1)停止绕第二轴线转动。

4.根据权利要求1所述的场景扫描装置，其特征在于，所述第一转动机构(2)和\/或第二转动机构(3)上安装有止转开关(10)；对于第一转动机构(2)，当所述传感器模块(1)处于第一预设位置时，所述止转开关(10)与对应位置的限位部件(9)接触；对于第二转动机构(3)，当所述传感器模块(1)处于第二预设位置时，所述止转开关(10)与对应位置的限位部件(9)接触。

5.根据权利要求4所述的场景扫描装置，其特征在于，对于所述第一转动机构，所述限位部件(9)安装于传感器模块(1)上；对于所述第二转动机构，所述限位部件(9)安装于所述旋转支架(4)上。

6.根据权利要求4或5所述的场景扫描装置，其特征在于，所述限位部件(9)为L形，该L形的水平部与所述传感器模块(1)或旋转支架(4)固定连接；当所述传感器模块(1)处于第一预设位置时，所述L形的垂直部末端与所述第一转动机构(2)上的止转开关(10)接触；当所述传感器模块(1)处于第二预设位置时，所述L形的垂直部末端与所述第二转动机构(3)上的止转开关(10)接触。

7.根据权利要求1所述的场景扫描装置，其特征在于，所述传感器模块(1)远离所述第一转动机构(2)的一侧端面上固定有磁性发射器(13)；该磁性发射器(13)的有效发射范围内设置有安装盘；所述安装盘上安装有多个感应开关(14)；当所述磁性发射器(13)位置与任一感应开关(14)位置相对时，该相对位置的感应开关(14)发出姿态信息指令。

8.根据权利要求1所述的场景扫描装置，其特征在于，所述传感器模块(1)包括至少一个传感器单元；所述传感器单元包括三维数据采集传感器和\/或彩色图像数据采集传感器。

9.根据权利要求8所述的场景扫描装置，其特征在于，所述传感器模块(1)为球体或多面体。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及计算机视觉领域，特别是一种场景扫描装置。

背景技术

目前的场景扫描装置采用3D传感器进行扫描。3D传感器可让硬件设备拥有一双感知环境的“智慧之眼”，可实现人脸识别、手势识别、人体骨架识别、三维测量、环境感知、三维地图重建等数十项功能，在人工智能、手机、电视、机器人、VR\/AR、智能家居、智能安防、汽车驾驶辅助等多领域广泛应用。

由于目前3D传感器感知区域和可视角度有限，要实现传感器全景和深度扫描，现在主流的实现方式是3个传感器模块按照40～45度的固定角度分布，形成一个辐射夹角为80～90度的模组。然后水平旋转360度来实现全景和深度扫描。这样的实现方式需要3个传感器模块，成本高，设备笨重。

申请号为201720899340.1的实用新型专利在水平旋转360度的自由度基础上，增加一个垂直方向旋转的自由度，仅利用1个传感器模块的旋转来实现全景和深度扫描，辐射角度比三个固定模组更大，成本更低，设备轻便，拆装方便。但此专利存在如下缺陷：传感器部分悬空，仅和转动支架相连接，结构稳固性较差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种场景扫描装置，提高扫描装置的稳固性。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种场景扫描装置，包括传感器模块、第一转动机构和第二转动机构；所述第一转动机构与所述传感器模块连接，且所述第一转动机构能驱动所述传感器模块绕第一轴线旋转；所述第一转动机构安装于旋转支架一端；所述第二转动机构与所述旋转支架连接，且所述第二转动机构能驱动所述旋转支架绕第二轴线旋转；所述第一轴线与所述第二轴线成预定的夹角；所述旋转支架另一端安装有支撑件；所述支撑件与所述传感器模块连接。

优选地，所述第一转动机构通过第一连接轴与所述传感器模块连接；所述第二转动机构通过第二连接轴与所述旋转支架连接。

优选地，本实用新型的场景扫描装置还包括限位装置；所述限位装置包括弹弓圈；所述弹弓圈外圈设有向外伸出的弹性棘齿；所述弹性棘齿与齿圈内圈上的内齿棘轮啮合；所述齿圈外圈设有多个限位槽；所述齿圈附近设置有限位开关，且当所述限位开关伸出时，限位开关的凸起与对应位置的限位槽啮合；

其中，所述弹弓圈安装于第一连接轴上且能随所述第一连接轴转动；或者所述弹弓圈安装于第二连接轴上且能随所述第二连接轴转动；或者所述第一连接轴、第二连接轴上均安装有所述弹弓圈；或者所述弹弓圈安装于所述传感器模块上；或者所述弹弓圈安装于所述旋转支架上；或者所述传感器模块、旋转支架上均安装有所述弹弓圈；

对于第一转动机构，当所述限位开关的凸起与对应位置的限位槽啮合时，所述传感器模块停止绕第一轴线转动；对于第二转动机构，当所述限位开关的凸起与对应位置的限位槽啮合时，所述传感器模块停止绕第二轴线转动。

所述第一转动机构和\/或第二转动机构上安装有止转开关；对于第一转动机构，当所述传感器模块处于第一预设位置时，所述止转开关与对应位置的限位部件接触；对于第二转动机构，当所述传感器模块处于第二预设位置时，所述止转开关与对应位置的限位部件接触。

优选地，对于所述第一转动机构，所述限位部件安装于传感器模块上；对于所述第二转动机构，所述限位部件安装于所述旋转支架上。

优选地，所述限位部件为L形，该L形的水平部与所述传感器模块或旋转支架固定连接；当所述传感器模块处于第一预设位置时，所述L形的垂直部末端与所述第一转动机构传感器模块上的止转开关接触；当所述传感器模块处于第二预设位置时，所述L形的垂直部末端与所述第二转动机构旋转支架上的止转开关接触。

优选地，所述传感器模块远离所述第一转动机构的一侧端面上固定有磁性发射器；该磁性发射器的有效发射范围内设置有安装盘；所述安装盘上安装有多个感应开关；当所述磁性发射器位置与任一感应开关位置相对时，该相对位置的感应开关发出姿态信息指令。

所述传感器模块包括至少一个传感器单元；所述传感器单元包括三维数据采集传感器和\/或彩色图像数据采集传感器。

所述传感器模块为球体或多面体。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型传感器模块远离第一转动机构的一侧设置了支撑件，提高了扫描装置的稳固性；本实用新型的第一转动机构和\/或第二转动机构上设置有限位装置、止转开关、感应开关等结构，极大地提高了旋转控制精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例结构示意图；

图2为本实用新型支架部分结构示意图；

图3为本实用新型复位结构部分示意图；

图4为本实用新型限位装置结构示意图；

图5为本实用新型一种传感器模块示意图；

图6为本实用新型另一种传感器模块示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型扫描装置包括传感器模块1、第一转动机构2和第二转动机构3；所述第一转动机构2与所述传感器模块1连接，且所述第一转动机构2能驱动所述传感器模块1绕第一轴线旋转；所述第一转动机构2安装于旋转支架4一端；所述第二转动机构3与所述旋转支架4连接，且所述第二转动机构3能驱动所述旋转支架4绕第二轴线旋转；所述第一轴线与所述第二轴线成预定的夹角；所述旋转支架4另一端安装有支撑件8；所述支撑件8与所述传感器模块1连接。

本实用新型中，第一转动机构2通过第一连接轴6与所述传感器模块1连接；第二转动机构3通过第二连接轴5与旋转支架4连接。

本实用新型中，第一轴线01可以为水平方向的轴线，第二轴线02可以为竖直方向的轴线，第二轴线与第一轴线可以成90°夹角。

优选地，第一转动机构、第二转动机构均包括电机。

本实用新型的连接轴，可以是电机的输出轴，此种方案中，第一转动机构的电机输出轴即第一连接轴，第二转动机构的电机连接轴即第二连接轴。

本实用新型的连接轴还可以是与电机输出轴连接的轴，第一转动机构电机的输出轴与第一轴连接，该第一轴即第一连接轴；第二转动机构电机的输出轴与第二轴连接，该第二轴即第二连接轴；电机的输出轴可以通过联轴器与对应轴连接起来。

本实用新型中，支撑件8通过第三连接轴7与所述传感器模块连接。

需要说明的是，在第一转动机构2驱动传感器模块转动时，传感器模块也可以绕第三伸缩轴7转动。

优选地，第二转动机构设置于旋转支架4中部的下方或上方。

本实用新型所称第一方向，是指传感器模块绕第一轴线转动的方向；第二方向，是指传感器模块绕第二轴线转动的方向。例如，传感器模块可以绕第一轴线顺时针转动或逆时针转动，此时绕第一轴线顺时针转动或逆时针转动的方向为第一方向；传感器模块可以绕第二轴线顺时针转动或逆时针转动，此时绕第二轴线顺时针转动或逆时针转动的方向为第二方向。如图2和图3所示，本实用新型的安装盘可以为安装法兰12，传感器模块、第一转动机构、第二转动机构均安装于支架15上；其中传感器模块安装于支架15一侧，传感器模块一端与安装法兰12连接，安装法兰12与支架15固定连接；传感器模块另一端靠近第一转动机构，第一转动机构与支架15固定连接。

第一转动机构包括法兰16，该法兰16为U型(或者C型)，U型(或者C型)上设置止转开关10(如鼠标微动开关、其他轻触式按键开关)，传感器模块靠近第一转动机构的一端固定有限位部件9，该限位部件9为L形，该L形包括水平部和垂直部，L形的水平部与传感器模块固定连接，当传感器模块1处于预设位置(包括传感器模块1绕第一轴线转动的终点位置)时，此处所指预设位置，是指第一预设位置，所述L形的垂直部末端与所述止转开关10接触，此时止转开关10向用于控制第一转动机构转动的控制器(如单片机)输出复位信号，使该控制器控制第一转动机构驱动传感器模块复位至传感器模块绕第一轴线转动的预设位置。

止转开关10也可以安装于第一转动机构的其余位置上，只要保证止转开关不转动，且能够与限位部件配合使用即可。

同样地，也可以在第二转动机构上安装止转开关(需保证止转开关不转动，即止转开关应安装于第二转动机构的固定部分(该固定部分是指相对于转动部分，不会发生位置变化的部分，例如，对于电机，其输出轴会转动，那么电机的固定部分即电机除输出轴之外的本体部分))，旋转支架4的对应位置安装限位部件9(该限位部件可以为L形，该L形的水平部与旋转支架固定连接)，控制第二转动机构的转动角度。对于第二转动机构3，当传感器模块1处于第二预设位置(包括传感器模块1绕第二轴线转动的终点位置)时，止转开关10与第二转动机构固定部分的限位部件9的垂直部末端接触，此时止转开关10向用于控制第二转动机构转动的控制器(如单片机)输出复位信号，使该控制器控制第二转动机构驱动传感器模块复位至传感器模块绕第二轴线转动的预设位置。

上述末端，是指L形的垂直部远离水平部的一端。

为了提高控制精度，在安装法兰12上安装多个感应开关14(本实用新型的感应开关为霍尔开关)，传感器模块靠近安装法兰的端面上安装磁性发射器13，当传感器模块旋转时，磁性发射器随传感器模块一起旋转，当磁性发射器旋转到与某一感应开关位置重合时，感应开关触发，发出姿态信息指令给外部控制器，外部控制器根据该姿态信息指令确定传感器模块的姿态，并根据传感器模块的姿态调整电机的转动角度。霍尔开关和磁性发射器是非接触式的，相比机械复位和限位，其精度更高，且元件不会出现疲劳衰减的问题，寿命更长，更可靠。

本实用新型中，第一转动机构驱动传感器模块复位，是指传感器模块从当前位置绕第一轴线旋转到预设位置(可以为传感器模块绕第一轴线旋转的起始位置或者终点位置)；第二转动机构驱动传感器模块复位，是指传感器模块从当前位置绕第二轴线旋转到预设位置(可以为传感器模块绕第二轴线旋的起始位置或者终点位置)。

本实用新型中，第二转动机构驱动传感器模块绕第二轴线转动时，会带动第一转动机构、旋转支架、传感器模块、支架15、支撑件一起绕第二轴线转动。

如图4所示，本实用新型的限位装置包括弹弓圈51；所述弹弓圈51外圈设有向外伸出的弹性棘齿511；所述弹性棘齿511与齿圈52内圈上的内齿棘轮啮合；所述齿圈52外圈设有多个限位槽522；所述齿圈52侧边设置有限位开关53，且当所述限位开关53伸出时，限位开关53的凸起与对应位置的限位槽522啮合。限位槽522的个数根据视场角大小、传感器个数确定。限位开关53包括一竖直部和与该竖直部连接的水平部(即凸起)，该水平部可以伸缩，当水平部伸入限位槽内时，转动机构停止旋转。

对于图2和图3的结构，弹弓圈51安装于第一连接轴6上且能随所述第一连接轴6转动，或者所述弹弓圈51安装于第二连接轴5上且能随所述第二连接轴5转动；或者所述第一连接轴6、第二连接轴5上均安装有所述弹弓圈51。

对于第一连接轴上安装弹弓圈的情况，限位开关应安装于支架15上，对于第二连接轴上安装弹弓圈的情况，限位开关应安装于第二转动机构的固定部分。

当然，所述弹弓圈51还安装于所述传感器模块1靠近第一转动机构的位置上(例如，可以在传感器模块靠近第一转动机构的一端加设一根安装轴，将弹弓圈安装于该安装轴上，当然，也可以直接将弹弓圈套设在传感器模块靠近第一转动机构的一端)；或者所述弹弓圈51安装于所述旋转支架4上(此时可以在旋转支架上加设一固定轴，将弹弓圈安装于该固定轴上)；或者所述传感器模块1、旋转支架4上均安装有所述弹弓圈51。

对于传感器模块1上安装弹弓圈的情况，限位开关安装于第一转动机构的固定部分(该固定部分是指相对于第一转动机构的转动部分，不会发生位置变化的部分，例如，对于电机，其输出轴会转动，那么电机的固定部分即电机除输出轴之外的本体部分)；对于弹弓圈51安装于所述旋转支架4上的情况，限位开关53应安装于所述第二转动机构的固定部分。

本实用新型的弹弓圈还可以通过支架套512安装于电机输出轴20上。例如，本实用新型中，第一转动机构2包括第一电机；所述第二转动机构3包括第二电机；所述第一电机的输出轴与所述传感器模块1连接；所述第二电机的输出轴与所述旋转支架4连接；所述第一电机的输出轴(即第一连接轴)、第二电机的输出轴(即第二连接轴)上均安装有上述弹弓圈51；所述弹弓圈51外圈设有向外伸出的弹性棘齿511；所述弹性棘齿511与齿圈52内圈上的内齿棘轮啮合；所述齿圈52外圈设有多个限位槽522；所述齿圈52附近设置有限位开关53，且当所述限位开关53伸出时，限位开关53的凸起与对应位置的限位槽522啮合；对于所述第一电机，所述限位开关安装于支架15上；对于所述第二电机，所述限位开关安装于第二电机的本体上。

当然，对于上述第一连接轴上安装弹弓圈、第二连接轴上安装弹弓圈、传感器模块上安装弹弓圈、旋转支架4上安装弹弓圈的所有情况，还可以在靠近齿圈的其余位置另设一个固定支架安装限位开关，只要保证限位开关的水平部伸出时可以与齿圈上相应位置的限位槽啮合即可。

本实用新型传感器模块包括一个传感器单元1-2，该传感器单元1-2可包括深度相机，或者，深度相机和彩色相机；具体的，该传感器单元可以为深度传感器，或者，深度传感器中的深度相机加上普通RGB相机。当然如果传感器模块只包括一个传感器单元，那么相对于由多个传感器单元构成的传感器模块而言，成本要低很多，且通过多次转动(包括但不限于垂直转动和水平转动)同样能实现全场景扫描。

如图5和图6所示，传感器模块还可以包括多个传感器单元，每个传感器单元可包括三维数据采集传感器和\/或彩色图像数据采集传感器；具体的，该传感器单元可以为深度传感器，或者，深度传感器中的深度相机加上普通RGB相机。

如图6所示，本实用新型的整个传感器模块还可以呈球形。当然还可以为其他多面体的形态，但不管整个传感器模块的形态如何，不对传感器模块所包含的传感器单元的数量进行限定，因为，为满足全场景扫描，若单个传感器单元的的视场角够大，那么就可以减少传感器单元的数量。以球形形态为例，可以包括12个传感器单元，此时相邻两个传感器单元的夹角可以为90度；还可以包括18个传感器单元，此时相邻两个传感器单元的夹角可以为60度；还可以包括21个传感器单元，此时相邻两个传感器单元的夹角可以为51.42度；还可以包括24个传感器单元，此时相邻两个传感器单元的夹角可以为45度。

由多个传感器单元构成的传感器模块，相对于由单个传感器单元构成的传感器模块而言，其单次采集图像信息的区域更大，因而能减少传感器模块的转动次数，进而缩短扫描时间。

本实用新型中，三维数据采集传感器可以是深度传感器、激光雷达、Kinect传感器等，彩色图像数据采集传感器可以是彩色相机等。

设计图

一种场景扫描装置论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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