當(dāng)掃地機(jī)器人要在陌生環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)時(shí)
它主要面臨三個(gè)問(wèn)題:
第一個(gè)是定位問(wèn)題,在一個(gè)環(huán)境中,掃地機(jī)器人需要知道自身的位置。
第二個(gè)是地圖構(gòu)建問(wèn)題,機(jī)器人在一個(gè)陌生環(huán)境中移動(dòng),需要進(jìn)行地圖的構(gòu)建,認(rèn)識(shí)周邊環(huán)境。
第三個(gè)是路徑規(guī)劃問(wèn)題,根據(jù)已有的地圖和已知的自身位置,實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)。
激光雷達(dá)是掃地機(jī)器人感知外部環(huán)境的眼睛,掃地機(jī)器人通過(guò)激光雷達(dá)獲取環(huán)境點(diǎn)云數(shù)據(jù),從而繪制環(huán)境地圖,為室內(nèi)定位和路徑導(dǎo)航奠定基礎(chǔ)。
隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展,激光雷達(dá)技術(shù)也達(dá)到全新的水平,從原理上看目前主流的有飛行時(shí)間測(cè)距(TOF)和三角測(cè)距兩種。
何為飛行時(shí)間測(cè)距(TOF)?
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是計(jì)算光的“飛行時(shí)間”。
由激光器發(fā)射一個(gè)激光脈沖,通過(guò)計(jì)時(shí)器記錄下光的出射和回返的時(shí)間,兩個(gè)時(shí)間相減即可得到光的“飛行時(shí)間”,而光速是固定的,根據(jù)已知速度和時(shí)間就可以計(jì)算出距離。
何為三角測(cè)距?
三角測(cè)距采用激光器發(fā)射激光,在照射到物體之后,反射光會(huì)由線性CCD接收,因?yàn)榧す馄骱?a target="_blank">探測(cè)器間隔了一段距離,所以根據(jù)光學(xué)路徑,不同距離的物體將會(huì)在CCD上成像在不同的位置,按照三角公式進(jìn)行計(jì)算,就可以推導(dǎo)出被測(cè)物體的距離。
從原理上來(lái)說(shuō),三角測(cè)距的目標(biāo)物體距離越遠(yuǎn),在CCD上的位置差別就越小,以致于在超過(guò)某個(gè)距離后,CCD幾乎無(wú)法分辨,而TOF激光雷達(dá)采用脈沖激光采樣,并且還能嚴(yán)格控制視場(chǎng)以減少環(huán)境光的影響,可以測(cè)量的距離更遠(yuǎn)。
激光雷達(dá)的采樣率決定了每一幀圖像的點(diǎn)云數(shù)目以及點(diǎn)云的角分辨率,點(diǎn)云數(shù)越多,角分辨率越高,則圖像對(duì)周圍環(huán)境的描繪就越細(xì)致。
三角測(cè)距激光雷達(dá)在測(cè)量距離比較遠(yuǎn)的時(shí)候,精度迅速下降,一般只能在短距離范圍內(nèi)使用.而TOF激光雷達(dá)是依賴飛行時(shí)間,時(shí)間測(cè)量精度并不隨著長(zhǎng)度增加有明顯變化,因此大多數(shù)TOF激光雷達(dá)在幾十米的測(cè)量范圍內(nèi)都能保持超高精度。
在長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中,存儲(chǔ)溫度和振動(dòng)對(duì)雷達(dá)可靠性的影響不容忽視。特別是出口海運(yùn),集裝箱里溫度往往會(huì)超過(guò)70℃。相比TOF激光雷達(dá),三角測(cè)距激光雷達(dá)更容易受溫度和振動(dòng)的影響,精度出現(xiàn)不良的概率比TOF激光雷達(dá)要高很多。
TOF激光雷達(dá)雖然已經(jīng)成為掃地機(jī)器人中的“王牌”,但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還是會(huì)遇到一些挑戰(zhàn),并且相比三角測(cè)距法,TOF要攻克的難關(guān)要難得多。
審核編輯 黃昊宇
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