機器人采用的激光雷達在功能和分級上的分類

作者: 嶺緯科技發(fā)表時間:2021-04-15 09:27:28

不同的機器人采用的激光雷達在功能和分級上有哪些不同?

一、從探測半徑來看,可以分為以下幾個檔次:

1.可適用于100-200m甚至更遠距離的遠距離激光雷達。如谷歌無人駕駛汽車里就用的此種類型的激光雷達;

2適用于商用條件下的10-100m以內(nèi)的中等距離激光雷達;

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

二、從采樣頻率或者掃描速度來對激光雷達進行分級。

實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里面就是一個高速的激光測距儀,這個激光測距儀在一秒鐘內(nèi)能夠進行的測量次數(shù),就是激光雷達的采樣頻率。

比如說,像RPLIDAR在一秒鐘內(nèi)可以掃描4000次點的測量,而我們的RPLIDAR掃描時還是需要進行旋轉(zhuǎn)。 也就是說,如果我希望這個激光雷達一秒鐘要轉(zhuǎn)10圈的話,那么,對于一個一秒鐘測量4000點的激光雷達來說,它每圈就可以分到400個點。除此以外,它還能夠識別出0.9度這樣一個角度分辨率的區(qū)分。如果將激光雷達的采樣頻率做得更快,它旋轉(zhuǎn)一圈就能采集到更多的點,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,它分到一圈的點數(shù)也會下降。在這種情況下,會帶來一些問題,比如說它掃描的點足夠稀疏,就有可能漏掉環(huán)境的輪廓信息。

按照距離測量的原理劃分,有兩種方式:

1.一種是TOF技術(shù),即Time of Flight。它是一種進行光飛行的時間測量的方式。這種方式,顧名思義就是發(fā)射出一道激光,然后會有一種二極管來進行激光的回波檢測,我們再使用一個很高精度的計時器去測量光波發(fā)射到目標物引起反饋再回來的時間差,然而我們都知道光速具有不變性,再將時間差乘以光速就可以得到目標物體的距離。而這個就是被現(xiàn)在主流的各大工業(yè)級別的激光雷達所采用的距離測量的方式。

實際上這種測量方式有一個比較大的問題:它的成本非常貴。因為進行光速的測量需要非常高精度的計時器。這個計時器并不是說只要能區(qū)分出毫秒和微秒就夠了,他還需要達到皮秒級別的測量精度。此外,對于激光器和檢測的傳感器來說,都需要非常高端的器件,并且在光學上也有很高的要求。

另外對于TOF的測量方式,再細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。

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

相位式則是連續(xù)的發(fā)射激光。但是接收到的回波信號會由于光速傳播的特性,相位上會有差距。當檢查相位時就可以轉(zhuǎn)過來去處理這個距離。這種方式他的優(yōu)勢在于成本相對來說會更加便宜,但其主要問題是測量的速度沒法提高?,F(xiàn)在淘寶上賣的激光測距筆就是采用的相位法的激光測距。

2.還有另一種全新的測量方法——三角測距法。像我們能聽到的connect的體感攝像頭,還有Intel研發(fā)的RealSense都會使用到三角測距法。這種方式本質(zhì)上來說是一種基于圖像處理的方法。打個比方,我們給人拍照,而人距離相機的遠近就會決定TA在成像里的大小,這就是三角測距的一種原理應用。三角測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)點于它的成本相比TOF(Time of Flight)來說,會有很大的降低。三角測距法本質(zhì)上來說是一個攝像頭加一個處理芯片。

當然這種方式也會有一些缺點。就像拍照一樣,它會有分辨率的限制。如果分辨率不高,物體比較遠,它就可能會看不清。同理,三角測距法對于遠距離的物體來說,就會看的不是非常清楚,所以這里對算法有很高的挑戰(zhàn)。如果算法不夠優(yōu)秀,即使測量四五米開外的物體就會出現(xiàn)問題。

從固態(tài)的激光雷達來說,是區(qū)別于機械式的激光雷達來說的。為什么大家會提到這個東西呢?因為機械式的激光雷達大多存在生命的限制問題。

實際上這就是關(guān)于激光雷達是否存在壽命問題的問題了。首先任何設(shè)備都會具有壽命的上限。但是對于機械式的激光雷達,一般會有一些影響其壽命的要素。如,內(nèi)部的機電系統(tǒng),它使用的電機是無刷的還是有刷的。還有因為我們知道雷達是一個要進行旋轉(zhuǎn)物體間的信號和電能傳輸?shù)脑O(shè)備。那么怎樣來進行相互的電能和信號的傳輸呢?行業(yè)內(nèi)一般會用到一種叫做“打電話”的東西,它是目前激光雷達成本降不下來的主要職業(yè)瓶頸。“打電話”連續(xù)工作半年,它的壽命就會產(chǎn)生影響。激光雷達現(xiàn)在一般會采用一些新技術(shù)。像我們的RPLIDAR會采用無刷電機和光電融合的技術(shù),這樣就能延長激光的壽命。