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一文解析激光雷达的结构

2019-09-07 12:00 次阅读

激光雷达是实现服务机器人自主行走的核心传感器,以其精度高、抗干扰能力强等优点成为机器人定位的首选方案。它是一种以发射激光束来探测目标位置的雷达系统。

以思岚科技RPLIDAR激光雷达为例,主要由激光器、接收器、信号处理单元和旋转机构这四大核心部件组成。

激光器:是激光雷达中的激光发射机构。在工作过程中,它会以脉冲的方式点亮。以思岚科技的RPLIDARA3系列雷达来说,每秒钟,它会点亮和熄灭16000次。

接收器:激光器发射的激光照射到障碍物以后,通过障碍物的反射,反射光线会经由镜头组汇聚到接收器上。

信号处理单元:信号处理单元负责控制激光器的发射,以及接收器收到的信号的处理。根据这些信息计算出目标物体的距离信息。

旋转机构:以上3个组件构成了测量的核心部件。旋转机构负责将上述核心部件以稳定的转速旋转起来,从而实现对所在平面的扫描,并产生实时的平面图信息。

RPLIDARA3内置的测距装置会进行360°的全方位扫描,在运行时,旋转的测距装置需要电能和传输数据信息,但如果采用导线直接连接就会导致导线缠绕,无法正常工作。因此,目前市面上几乎所有的非固态激光雷达厂家都会选择一个电旋转连接器,俗称“滑环”的设备来传输能量和数据信息。

那么,什么是滑环呢?它安装在设备的旋转中心,主要由转子与定子两大部分组成,其本质就在于内部有若干数量的电刷,这样就可以使定子与转子保持能量和信息的连通。

如图所示,转子上有若干数量导电环,定子上包含有电刷,转子在转动过程中,电刷始终与导电环接触,保证了转子与定子的电导通。

电刷传统的材质是金属或者碳材料的电刷,在长期的摩擦的情况下容易磨损导致接触不良,从而无法为旋转体正常供电或传输信息,这也会大大影响激光雷达的使用寿命。传统的导电滑环在连续工作时仅有数千小时寿命。

经过多年研发与改进,思岚科技推出的RPLIDAR系列激光雷达,完全放弃了导电滑环这个机械装置,采用全新的光磁融合技术。这种非物理接触的无线供电和无线数据传输技术,彻底解决了因物理接触机械磨损导致电气连接失效、激光雷达寿命短的问题。在连续工作情况下,思岚RPLIDAR系列的设计使用寿命可长达5年以上。并率先采用绿光与红外光双光谱全双工的模式进行信号传输,保证其在16K高清模式下的正常运作。

除外观大幅改进外,RPLIDAR系列的性能参数也有了大幅提升,采样频率由5Hz提升至15Hz,这也是业内低成本雷达最快的扫描频率,而采样次数由每秒4000次提高至16000次。

此外,思岚科技采用图像的方法进行激光雷达传感器的设计,即无需测量光传输的时间,而是拍摄激光到达目标物体后在摄像头上呈现的画面,根据远近不同导致相机画面尺寸的变化来求得距离。同时,思岚科技还在生产方面做出了努力,建立自主研发的自动化生产线,在控制良品率的同时还能够降低生产成本。

当激光雷达在服务机器人身上进行实际应用时,其可获得更加密集的采样点,可快速实现对障碍物的响应,及时进行自主避障,在激光雷达的其他应用领域,如对激光雷达进行环境勘探、地图构建时,可获得更加精细的画面,在多媒体应用中,超大屏幕的多点触摸将会反应更快,精度更高。

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