機(jī)器人采用的激光雷達(dá)在功能和分級(jí)上的分類

不同的機(jī)器人采用的激光雷達(dá)在功能和分級(jí)上有哪些不同?

一、從探測(cè)半徑來(lái)看，可以分為以下幾個(gè)檔次：

1.可適用于100-200m甚至更遠(yuǎn)距離的遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)。如谷歌無(wú)人駕駛汽車?yán)锞陀玫拇朔N類型的激光雷達(dá)；

2適用于商用條件下的10-100m以內(nèi)的中等距離激光雷達(dá)；

3.適用于家庭環(huán)境下的近距離激光雷達(dá)，如家庭機(jī)器人中的掃地機(jī)器人采用的就是6m半徑以內(nèi)的激光雷達(dá)。

二、從采樣頻率或者掃描速度來(lái)對(duì)激光雷達(dá)進(jìn)行分級(jí)。

實(shí)際上掃描速度和采樣頻率，兩者之間還是有區(qū)別的。我們都知道激光雷達(dá)里面就是一個(gè)高速的激光測(cè)距儀，這個(gè)激光測(cè)距儀在一秒鐘內(nèi)能夠進(jìn)行的測(cè)量次數(shù)，就是激光雷達(dá)的采樣頻率。

比如說(shuō)，像RPLIDAR在一秒鐘內(nèi)可以掃描4000次點(diǎn)的測(cè)量，而我們的RPLIDAR掃描時(shí)還是需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。 也就是說(shuō)，如果我希望這個(gè)激光雷達(dá)一秒鐘要轉(zhuǎn)10圈的話，那么，對(duì)于一個(gè)一秒鐘測(cè)量4000點(diǎn)的激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)，它每圈就可以分到400個(gè)點(diǎn)。除此以外，它還能夠識(shí)別出0.9度這樣一個(gè)角度分辨率的區(qū)分。如果將激光雷達(dá)的采樣頻率做得更快，它旋轉(zhuǎn)一圈就能采集到更多的點(diǎn)，所以能夠更加精確地去刻畫環(huán)境的數(shù)據(jù)。相反，如果激光的采樣頻率降低，它分到一圈的點(diǎn)數(shù)也會(huì)下降。在這種情況下，會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，比如說(shuō)它掃描的點(diǎn)足夠稀疏，就有可能漏掉環(huán)境的輪廓信息。

按照距離測(cè)量的原理劃分，有兩種方式：

1.一種是TOF技術(shù)，即Time of Flight。它是一種進(jìn)行光飛行的時(shí)間測(cè)量的方式。這種方式，顧名思義就是發(fā)射出一道激光，然后會(huì)有一種二極管來(lái)進(jìn)行激光的回波檢測(cè)，我們?cè)偈褂靡粋€(gè)很高精度的計(jì)時(shí)器去測(cè)量光波發(fā)射到目標(biāo)物引起反饋再回來(lái)的時(shí)間差，然而我們都知道光速具有不變性，再將時(shí)間差乘以光速就可以得到目標(biāo)物體的距離。而這個(gè)就是被現(xiàn)在主流的各大工業(yè)級(jí)別的激光雷達(dá)所采用的距離測(cè)量的方式。

實(shí)際上這種測(cè)量方式有一個(gè)比較大的問(wèn)題：它的成本非常貴。因?yàn)檫M(jìn)行光速的測(cè)量需要非常高精度的計(jì)時(shí)器。這個(gè)計(jì)時(shí)器并不是說(shuō)只要能區(qū)分出毫秒和微秒就夠了，他還需要達(dá)到皮秒級(jí)別的測(cè)量精度。此外，對(duì)于激光器和檢測(cè)的傳感器來(lái)說(shuō)，都需要非常高端的器件，并且在光學(xué)上也有很高的要求。

另外對(duì)于TOF的測(cè)量方式，再細(xì)分下去還有兩種類型。

1)一種叫做脈沖式；

2)另一種是相位式。

脈沖式比較簡(jiǎn)單直接，就是發(fā)出一道激光的脈沖，然后再檢測(cè)激光的相關(guān)信息。這個(gè)是目前TOF的激光雷達(dá)采用的主流方式。

相位式則是連續(xù)的發(fā)射激光。但是接收到的回波信號(hào)會(huì)由于光速傳播的特性，相位上會(huì)有差距。當(dāng)檢查相位時(shí)就可以轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)去處理這個(gè)距離。這種方式他的優(yōu)勢(shì)在于成本相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)更加便宜，但其主要問(wèn)題是測(cè)量的速度沒(méi)法提高?，F(xiàn)在淘寶上賣的激光測(cè)距筆就是采用的相位法的激光測(cè)距。

2.還有另一種全新的測(cè)量方法——三角測(cè)距法。像我們能聽(tīng)到的connect的體感攝像頭，還有Intel研發(fā)的RealSense都會(huì)使用到三角測(cè)距法。這種方式本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一種基于圖像處理的方法。打個(gè)比方，我們給人拍照，而人距離相機(jī)的遠(yuǎn)近就會(huì)決定TA在成像里的大小，這就是三角測(cè)距的一種原理應(yīng)用。三角測(cè)距法采用了一種特制的攝像頭，能拍攝出激光的光斑的特性，從而能反推出距離。

這種方式的最大優(yōu)點(diǎn)于它的成本相比TOF（Time of Flight）來(lái)說(shuō)，會(huì)有很大的降低。三角測(cè)距法本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一個(gè)攝像頭加一個(gè)處理芯片。

當(dāng)然這種方式也會(huì)有一些缺點(diǎn)。就像拍照一樣，它會(huì)有分辨率的限制。如果分辨率不高，物體比較遠(yuǎn)，它就可能會(huì)看不清。同理，三角測(cè)距法對(duì)于遠(yuǎn)距離的物體來(lái)說(shuō)，就會(huì)看的不是非常清楚，所以這里對(duì)算法有很高的挑戰(zhàn)。如果算法不夠優(yōu)秀，即使測(cè)量四五米開外的物體就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

從固態(tài)的激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)，是區(qū)別于機(jī)械式的激光雷達(dá)來(lái)說(shuō)的。為什么大家會(huì)提到這個(gè)東西呢？因?yàn)闄C(jī)械式的激光雷達(dá)大多存在生命的限制問(wèn)題。

實(shí)際上這就是關(guān)于激光雷達(dá)是否存在壽命問(wèn)題的問(wèn)題了。首先任何設(shè)備都會(huì)具有壽命的上限。但是對(duì)于機(jī)械式的激光雷達(dá)，一般會(huì)有一些影響其壽命的要素。如，內(nèi)部的機(jī)電系統(tǒng)，它使用的電機(jī)是無(wú)刷的還是有刷的。還有因?yàn)槲覀冎览走_(dá)是一個(gè)要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)物體間的信號(hào)和電能傳輸?shù)脑O(shè)備。那么怎樣來(lái)進(jìn)行相互的電能和信號(hào)的傳輸呢？行業(yè)內(nèi)一般會(huì)用到一種叫做“打電話”的東西，它是目前激光雷達(dá)成本降不下來(lái)的主要職業(yè)瓶頸?！按螂娫挕边B續(xù)工作半年，它的壽命就會(huì)產(chǎn)生影響。激光雷達(dá)現(xiàn)在一般會(huì)采用一些新技術(shù)。像我們的RPLIDAR會(huì)采用無(wú)刷電機(jī)和光電融合的技術(shù)，這樣就能延長(zhǎng)激光的壽命。