机器人采用的激光雷达在功能和分级上的分类

作者: 岭纬科技发表时间:2021-04-15 09:27:28

不同的机器人采用的激光雷达在功能和分级上有哪些不同?

一、从探测半径来看,可以分为以下几个档次:

1.可适用于100-200m甚至更远距离的远距离激光雷达。如谷歌无人驾驶汽车里就用的此种类型的激光雷达;

2适用于商用条件下的10-100m以内的中等距离激光雷达;

3.适用于家庭环境下的近距离激光雷达,如家庭机器人中的扫地机器人采用的就是6m半径以内的激光雷达。

二、从采样频率或者扫描速度来对激光雷达进行分级。

实际上扫描速度和采样频率,两者之间还是有区别的。我们都知道激光雷达里面就是一个高速的激光测距仪,这个激光测距仪在一秒钟内能够进行的测量次数,就是激光雷达的采样频率。

比如说,像RPLIDAR在一秒钟内可以扫描4000次点的测量,而我们的RPLIDAR扫描时还是需要进行旋转。 也就是说,如果我希望这个激光雷达一秒钟要转10圈的话,那么,对于一个一秒钟测量4000点的激光雷达来说,它每圈就可以分到400个点。除此以外,它还能够识别出0.9度这样一个角度分辨率的区分。如果将激光雷达的采样频率做得更快,它旋转一圈就能采集到更多的点,所以能够更加精确地去刻画环境的数据。相反,如果激光的采样频率降低,它分到一圈的点数也会下降。在这种情况下,会带来一些问题,比如说它扫描的点足够稀疏,就有可能漏掉环境的轮廓信息。

按照距离测量的原理划分,有两种方式:

1.一种是TOF技术,即Time of Flight。它是一种进行光飞行的时间测量的方式。这种方式,顾名思义就是发射出一道激光,然后会有一种二极管来进行激光的回波检测,我们再使用一个很高精度的计时器去测量光波发射到目标物引起反馈再回来的时间差,然而我们都知道光速具有不变性,再将时间差乘以光速就可以得到目标物体的距离。而这个就是被现在主流的各大工业级别的激光雷达所采用的距离测量的方式。

实际上这种测量方式有一个比较大的问题:它的成本非常贵。因为进行光速的测量需要非常高精度的计时器。这个计时器并不是说只要能区分出毫秒和微秒就够了,他还需要达到皮秒级别的测量精度。此外,对于激光器和检测的传感器来说,都需要非常高端的器件,并且在光学上也有很高的要求。

另外对于TOF的测量方式,再细分下去还有两种类型。

1)一种叫做脉冲式;

2)另一种是相位式。

脉冲式比较简单直接,就是发出一道激光的脉冲,然后再检测激光的相关信息。这个是目前TOF的激光雷达采用的主流方式。

相位式则是连续的发射激光。但是接收到的回波信号会由于光速传播的特性,相位上会有差距。当检查相位时就可以转过来去处理这个距离。这种方式他的优势在于成本相对来说会更加便宜,但其主要问题是测量的速度没法提高。现在淘宝上卖的激光测距笔就是采用的相位法的激光测距。

2.还有另一种全新的测量方法——三角测距法。像我们能听到的connect的体感摄像头,还有Intel研发的RealSense都会使用到三角测距法。这种方式本质上来说是一种基于图像处理的方法。打个比方,我们给人拍照,而人距离相机的远近就会决定TA在成像里的大小,这就是三角测距的一种原理应用。三角测距法采用了一种特制的摄像头,能拍摄出激光的光斑的特性,从而能反推出距离。

这种方式的最大优点于它的成本相比TOF(Time of Flight)来说,会有很大的降低。三角测距法本质上来说是一个摄像头加一个处理芯片。

当然这种方式也会有一些缺点。就像拍照一样,它会有分辨率的限制。如果分辨率不高,物体比较远,它就可能会看不清。同理,三角测距法对于远距离的物体来说,就会看的不是非常清楚,所以这里对算法有很高的挑战。如果算法不够优秀,即使测量四五米开外的物体就会出现问题。

从固态的激光雷达来说,是区别于机械式的激光雷达来说的。为什么大家会提到这个东西呢?因为机械式的激光雷达大多存在生命的限制问题。

实际上这就是关于激光雷达是否存在寿命问题的问题了。首先任何设备都会具有寿命的上限。但是对于机械式的激光雷达,一般会有一些影响其寿命的要素。如,内部的机电系统,它使用的电机是无刷的还是有刷的。还有因为我们知道雷达是一个要进行旋转物体间的信号和电能传输的设备。那么怎样来进行相互的电能和信号的传输呢?行业内一般会用到一种叫做“打电话”的东西,它是目前激光雷达成本降不下来的主要职业瓶颈。“打电话”连续工作半年,它的寿命就会产生影响。激光雷达现在一般会采用一些新技术。像我们的RPLIDAR会采用无刷电机和光电融合的技术,这样就能延长激光的寿命。