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  • 激光雷达结构介绍

     

    激光雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)服務(wù)機(jī)器人自主行走的核心傳感器,以其精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為機(jī)器人定位的首選方案。它是一種以發(fā)射激光束來探測(cè)目標(biāo)位置的雷達(dá)系統(tǒng)。

    以思嵐科技RPLIDAR激光雷達(dá)為例,主要由激光器、接收器、信號(hào)處理單元和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)這四大核心部件組成。

    激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)圖

    激光器:是激光雷達(dá)中的激光發(fā)射機(jī)構(gòu)。在工作過程中,它會(huì)以脈沖的方式點(diǎn)亮。以思嵐科技的RPLIDAR A3系列雷達(dá)來說,每秒鐘,它會(huì)點(diǎn)亮和熄滅16000次。

    接收器:激光器發(fā)射的激光照射到障礙物以后,通過障礙物的反射,反射光線會(huì)經(jīng)由鏡頭組匯聚到接收器上。

    信號(hào)處理單元:信號(hào)處理單元負(fù)責(zé)控制激光器的發(fā)射,以及接收器收到的信號(hào)的處理。根據(jù)這些信息計(jì)算出目標(biāo)物體的距離信息。

    旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu):以上3個(gè)組件構(gòu)成了測(cè)量的核心部件。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將上述核心部件以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所在平面的掃描,并產(chǎn)生實(shí)時(shí)的平面圖信息。

    RPLIDAR A3內(nèi)置的測(cè)距裝置會(huì)進(jìn)行360°的全方位掃描,在運(yùn)行時(shí),旋轉(zhuǎn)的測(cè)距裝置需要電能和傳輸數(shù)據(jù)信息,但如果采用導(dǎo)線直接連接就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線纏繞,無法正常工作。因此,目前市面上幾乎所有的非固態(tài)激光雷達(dá)廠家都會(huì)選擇一個(gè)電旋轉(zhuǎn)連接器,俗稱“滑環(huán)”的設(shè)備來傳輸能量和數(shù)據(jù)信息。

    那么,什么是滑環(huán)呢?它安裝在設(shè)備的旋轉(zhuǎn)中心,主要由轉(zhuǎn)子與定子兩大部分組成,其本質(zhì)就在于內(nèi)部有若干數(shù)量的電刷,這樣就可以使定子與轉(zhuǎn)子保持能量和信息的連通。激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)圖

    如圖所示,轉(zhuǎn)子上有若干數(shù)量導(dǎo)電環(huán),定子上包含有電刷,轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,電刷始終與導(dǎo)電環(huán)接觸,保證了轉(zhuǎn)子與定子的電導(dǎo)通。

    電刷傳統(tǒng)的材質(zhì)是金屬或者碳材料的電刷,在長期的摩擦的情況下容易磨損導(dǎo)致接觸不良,從而無法為旋轉(zhuǎn)體正常供電或傳輸信息,這也會(huì)大大影響激光雷達(dá)的使用壽命。傳統(tǒng)的導(dǎo)電滑環(huán)在連續(xù)工作時(shí)僅有數(shù)千小時(shí)壽命。

    經(jīng)過多年研發(fā)與改進(jìn),思嵐科技推出的RPLIDAR系列激光雷達(dá),完全放棄了導(dǎo)電滑環(huán)這個(gè)機(jī)械裝置,采用全新的光磁融合技術(shù)。這種非物理接觸的無線供電和無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),徹底解決了因物理接觸機(jī)械磨損導(dǎo)致電氣連接失效、激光雷達(dá)壽命短的問題。在連續(xù)工作情況下,思嵐RPLIDAR 系列的設(shè)計(jì)使用壽命可長達(dá)5年以上。并率先采用綠光與紅外光雙光譜全雙工的模式進(jìn)行信號(hào)傳輸,保證其在16K高清模式下的正常運(yùn)作。

    除外觀大幅改進(jìn)外,RPLIDAR 系列的性能參數(shù)也有了大幅提升,采樣頻率由5Hz提升至15Hz,這也是業(yè)內(nèi)低成本雷達(dá)最快的掃描頻率,而采樣次數(shù)由每秒4000次提高至16000次。

    此外,思嵐科技采用圖像的方法進(jìn)行激光雷達(dá)傳感器的設(shè)計(jì),即無需測(cè)量光傳輸?shù)臅r(shí)間,而是拍攝激光到達(dá)目標(biāo)物體后在攝像頭上呈現(xiàn)的畫面,根據(jù)遠(yuǎn)近不同導(dǎo)致相機(jī)畫面尺寸的變化來求得距離。同時(shí),思嵐科技還在生產(chǎn)方面做出了努力,建立自主研發(fā)的自動(dòng)化生產(chǎn)線,在控制良品率的同時(shí)還能夠降低生產(chǎn)成本。

    當(dāng)激光雷達(dá)在服務(wù)機(jī)器人身上進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí),其可獲得更加密集的采樣點(diǎn),可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的響應(yīng),及時(shí)進(jìn)行自主避障,在激光雷達(dá)的其他應(yīng)用領(lǐng)域,如對(duì)激光雷達(dá)進(jìn)行環(huán)境勘探、地圖構(gòu)建時(shí),可獲得更加精細(xì)的畫面,在多媒體應(yīng)用中,超大屏幕的多點(diǎn)觸摸將會(huì)反應(yīng)更快,精度更高。

    關(guān)鍵字:激光雷达结构,激光雷达结构图,激光雷达

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