Jak rozwiązać problem „unikania przeszkód” robota? Rozwiązania 2D LiDAR i fuzji wielu czujników
- udział
- Wydawca
- Zoe
- opublikowany
- 2025/2/7
streszczenie
Technologia 2D LiDAR, będąca głównym czujnikiem umożliwiającym omijanie przeszkód przez roboty, dostarcza precyzyjne dane do wykrywania przeszkód, umożliwiając jednocześnie realizację funkcji SLAM.
Jak rozwiązać problem „unikania przeszkód” robota? Rozwiązania 2D LiDAR i fuzji wielu czujników
W dziedzinie nawigacji robotów i autonomicznego ruchu unikanie przeszkód jest kwestią zasadniczą. Niezależnie od tego, czy chodzi o domowy robot odkurzający, przemysłowy AGV (Automated Guided Vehicle) czy robota usługowego, zdolność do unikania przeszkód bezpośrednio determinuje poziom inteligencji i praktyczność robota. W ostatnich latach 2D LiDAR (2D Laser Radar) stał się jednym z głównych czujników do unikania przeszkód przez roboty ze względu na precyzyjny pomiar odległości i wydajne możliwości skanowania otoczenia.
LiDAR 2D: główny czujnik do omijania przeszkód przez roboty
2D LiDAR oblicza odległość między obiektem a robotem, emitując wiązki laserowe i mierząc czas odbicia. Ma następujące zalety:
▪️Wysoka precyzja pomiaru: technologia 2D LiDAR zapewnia dokładność pomiaru odległości na poziomie centymetrów, dzięki czemu nadaje się do większości potrzeb związanych z omijaniem przeszkód na płaskich powierzchniach.
▪️Szybkie skanowanie otoczenia: Dzięki wysokiej częstotliwości skanowania technologia 2D LiDAR może generować mapy otoczenia w czasie rzeczywistym, co pozwala robotom szybko dostrzegać pobliskie przeszkody.
▪️ Duża adaptowalność: Technologia 2D LiDAR może stabilnie pracować zarówno w pomieszczeniach, jak i na zewnątrz, a jej działanie nie jest zakłócane przez warunki oświetleniowe.
Polecana seria 2D LiDAR LD-20D
▪️Zasięg skanowania 20m + kąt 270°
▪️Automatyczna nauka, uczy się na podstawie rzeczywistej sceny i monitoruje profil
▪️Monitorowanie wielu obszarów z niezależnie ustawionymi strefami monitorowania
▪️Funkcja pauzy uwzględnia potrzeby produkcyjne dzięki wbudowanym funkcjom wyłączania i ponownego uruchamiania, aby dopasować się do strategii ruchu linii produkcyjnej
▪️ Zewnętrzny sterownik urządzenia zapewnia zasilanie DC 30 V 50 mA
▪️16 ustawień grup strefowych dla szybkiej konfiguracji i ładowania
Ograniczenia 2D LiDAR i uzupełniająca rola czujników ultradźwiękowych
Chociaż LiDAR sprawdza się znakomicie w unikaniu przeszkód, ma też swoje ograniczenia, zwłaszcza w przypadku złożonych trójwymiarowych przeszkód. LiDAR dostarcza głównie informacji o odległości na płaszczyźnie poziomej, co czyni go mniej skutecznym w rozpoznawaniu obiektów zorientowanych pionowo lub przeszkód o nieregularnym kształcie.
Aby pokonać ograniczenia technologii 2D LiDAR, można zastosować rozwiązanie łączące w sobie zalety czujników ultradźwiękowych i kamer głębi, co pozwoli na bardziej kompleksową percepcję otoczenia.
Czujniki ultradźwiękowe: niedrogie rozwiązanie do omijania przeszkód na krótkim dystansie
Czujniki ultradźwiękowe obliczają odległość poprzez emitowanie fal ultradźwiękowych i pomiar czasu echa. Ich zalety obejmują:
▪️Niski koszt: Czujniki ultradźwiękowe są znacznie tańsze niż LiDAR i kamery głębi, dzięki czemu nadają się do zastosowań na dużą skalę.
▪️Wykrywanie obiektów przezroczystych: Czujniki ultradźwiękowe mogą wykrywać obiekty przezroczyste, takie jak szkło i lustra, co jest trudne do osiągnięcia dla technologii 2D LiDAR.
▪️Szybka reakcja w bliskiej odległości: Czujniki ultradźwiękowe zapewniają wysoką dokładność wykrywania na krótkich dystansach (zwykle od kilku centymetrów do kilku metrów), co sprawia, że idealnie nadają się do szybkiego omijania przeszkód przez roboty znajdujące się w ich pobliżu.
Kamery głębi: idealny wybór do trójwymiarowej percepcji otoczenia
Kamery głębinowe wykorzystują technologię podczerwieni lub światła strukturalnego do bezpośredniego przechwytywania trójwymiarowych informacji o otaczającym środowisku. Do ich zalet należą:
▪️Wykrywanie przeszkód trójwymiarowych: Kamery głębi potrafią wykrywać przeszkody zarówno w poziomie, jak i w pionie, dzięki czemu nadają się do obsługi złożonych środowisk trójwymiarowych.
▪️Wysokiej precyzji omijanie przeszkód: Dane 3D dostarczane przez kamery głębi pomagają robotom planować dokładniejsze ścieżki omijania przeszkód, szczególnie w wąskich lub skomplikowanych przestrzeniach.
▪️Wszechstronność: Oprócz omijania przeszkód kamery głębi można wykorzystywać również do rozpoznawania obiektów, interakcji gestami i innych zaawansowanych funkcji.
Jednak kamery głębi są drogie i wrażliwe na warunki oświetleniowe (np. wydajność może się zmniejszyć przy silnym świetle lub ciemności). Dlatego są one zazwyczaj używane jako uzupełnienie 2D LiDAR, a nie jako zamiennik.
Porównanie technologii LiDAR 2D i LiDAR 3D: wybór opłacalny
W wielu aplikacjach robotycznych, chociaż 3D LiDAR zapewnia bardziej wszechstronną percepcję środowiska 3D, jego wysoki koszt i złożona konstrukcja zniechęcają wiele firm do jego stosowania. Natomiast 2D LiDAR oferuje więcej zalet:
▪️Opłacalność: W porównaniu do 3D LiDAR, 2D LiDAR jest bardziej przystępny cenowo, co znacznie obniża całkowity koszt systemu. Jego uproszczona konstrukcja nie tylko obniża koszty produkcji, ale także umożliwia zastosowania na dużą skalę.
▪️Uproszczona konstrukcja: 2D LiDAR zazwyczaj skanuje tylko w płaszczyźnie poziomej, co pozwala mu na szybkie pozyskiwanie danych środowiskowych. W przypadku większości zastosowań przemysłowych skanowanie poziome jest wystarczające, aby spełnić potrzeby robota w zakresie unikania przeszkód. Szczególnie w środowiskach bez przeszkód pionowych 2D LiDAR zapewnia wystarczającą percepcję środowiskową.
▪️Szerokie zastosowanie: Dzięki uproszczonej konstrukcji technologia 2D LiDAR może być szeroko stosowana w zautomatyzowanych magazynach, robotycznych systemach transportu materiałów i autonomicznych pojazdach, co czyni ją opłacalną opcją.
Powiązane czujniki
Odległość 20 m. Technika polegająca na użyciu wiązki laserowej do pomiaru odległości i tworzenia szczegółowych map obiektów i środowisk.
Zasięg wykrywania 20 m. Technika wykorzystująca wiązkę laserową do pomiaru odległości i tworzenia szczegółowych map obiektów i środowisk.
Zakres detekcji: 350-6000 mm Materiał: niklowanie miedzią, okucia plastikowe Typ połączenia: złącze M12 5-pinowe Metoda wyjściowa: RS485
Metoda wyjściowa: NPN/PNP + analog + RS485 Rozdzielczość: 1 mm Typ lasera: czerwony laser półprzewodnikowy Laser klasy II 655 + 10 nm < 1 m Czas reakcji: 50-200 ms Odległość pomiaru: 0,1-50 m