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  • 激光雷达结构介绍

     

    激光雷達是實現(xiàn)服務機器人自主行走的核心傳感器,以其精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點成為機器人定位的首選方案。它是一種以發(fā)射激光束來探測目標位置的雷達系統(tǒng)。

    以思嵐科技RPLIDAR激光雷達為例,主要由激光器、接收器、信號處理單元和旋轉機構這四大核心部件組成。

    激光雷達結構圖

    激光器:是激光雷達中的激光發(fā)射機構。在工作過程中,它會以脈沖的方式點亮。以思嵐科技的RPLIDAR A3系列雷達來說,每秒鐘,它會點亮和熄滅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,反射光線會經(jīng)由鏡頭組匯聚到接收器上。

    信號處理單元:信號處理單元負責控制激光器的發(fā)射,以及接收器收到的信號的處理。根據(jù)這些信息計算出目標物體的距離信息。

    旋轉機構:以上3個組件構成了測量的核心部件。旋轉機構負責將上述核心部件以穩(wěn)定的轉速旋轉起來,從而實現(xiàn)對所在平面的掃描,并產(chǎn)生實時的平面圖信息。

    RPLIDAR A3內(nèi)置的測距裝置會進行360°的全方位掃描,在運行時,旋轉的測距裝置需要電能和傳輸數(shù)據(jù)信息,但如果采用導線直接連接就會導致導線纏繞,無法正常工作。因此,目前市面上幾乎所有的非固態(tài)激光雷達廠家都會選擇一個電旋轉連接器,俗稱“滑環(huán)”的設備來傳輸能量和數(shù)據(jù)信息。

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

    如圖所示,轉子上有若干數(shù)量導電環(huán),定子上包含有電刷,轉子在轉動過程中,電刷始終與導電環(huán)接觸,保證了轉子與定子的電導通。

    電刷傳統(tǒng)的材質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致接觸不良,從而無法為旋轉體正常供電或傳輸信息,這也會大大影響激光雷達的使用壽命。傳統(tǒng)的導電滑環(huán)在連續(xù)工作時僅有數(shù)千小時壽命。

    經(jīng)過多年研發(fā)與改進,思嵐科技推出的RPLIDAR系列激光雷達,完全放棄了導電滑環(huán)這個機械裝置,采用全新的光磁融合技術。這種非物理接觸的無線供電和無線數(shù)據(jù)傳輸技術,徹底解決了因物理接觸機械磨損導致電氣連接失效、激光雷達壽命短的問題。在連續(xù)工作情況下,思嵐RPLIDAR 系列的設計使用壽命可長達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行信號傳輸,保證其在16K高清模式下的正常運作。

    除外觀大幅改進外,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行激光雷達傳感器的設計,即無需測量光傳輸?shù)臅r間,而是拍攝激光到達目標物體后在攝像頭上呈現(xiàn)的畫面,根據(jù)遠近不同導致相機畫面尺寸的變化來求得距離。同時,思嵐科技還在生產(chǎn)方面做出了努力,建立自主研發(fā)的自動化生產(chǎn)線,在控制良品率的同時還能夠降低生產(chǎn)成本。

    激光雷達在服務機器人身上進行實際應用時,其可獲得更加密集的采樣點,可快速實現(xiàn)對障礙物的響應,及時進行自主避障,在激光雷達的其他應用領域,如對激光雷達進行環(huán)境勘探、地圖構建時,可獲得更加精細的畫面,在多媒體應用中,超大屏幕的多點觸摸將會反應更快,精度更高。

    關鍵字:激光雷达结构,激光雷达结构图,激光雷达

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