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激光雷達是機器人眼和耳

星之球科技 來源:機器人網(wǎng)2017-01-02 我要評論(0 )   

對于車主而言,雷達測距并不陌生。在高速行車時,雷達測距可以讓車自動保持車與車的距離,車子會自動向前行駛,車主可以不用踩油門。當然方向還是要車主控制的。而且,...

對于車主而言,雷達測距并不陌生。在高速行車時,雷達測距可以讓車自動保持車與車的距離,車子會自動向前行駛,車主可以不用踩油門。當然方向還是要車主控制的。而且,使用雷達測距時,行車還能檢測到前方車輛,并自己保持車距;當車距過近時,還會自動降低速度。

這么看來,雖然雷達測距并沒有解放司機的雙手,但是起碼解放了一只腳(踩油門的那只腳),也算是無人駕駛的先行者了。
然而,雷達測距不止用在車子上面。
激光雷達這么好,為什么機器人很少用激光雷達避障?
汽車雷達測距
 
激光雷達這么好,為什么機器人很少用激光雷達避障?

雷達,是“無線電探測與定位”的英文縮寫,用無線電的方法發(fā)現(xiàn)目標并測定它們的空間位置、與目標的距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)主要由天線、發(fā)射機、接收機(包括信號處理機)和顯示器等部分組成。
 
如果用通俗一點的話,那么,雷達所起的作用跟眼睛或者耳朵相似,當然,它不再是大自然的杰作。其測量距離的原理如下:測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間差,因電磁波以光速傳播,據(jù)此就能換算成雷達與目標的精確距離。
 
雷達的種類繁多,分類的方法也非常復雜。一般為軍用雷達。通??梢园凑绽走_的用途分類,如預警雷達、搜索警戒雷達、引導指揮雷達、炮瞄雷達、測高雷達、戰(zhàn)場監(jiān)視雷達、機載雷達、無線電測高雷達、雷達引信、氣象雷達、航行管制雷達、導航雷達以及防撞和敵我識別雷達等。
 
按雷達信號形式分類,有脈沖雷達、連續(xù)波雷達、脈部壓縮雷達和頻率捷變雷達等;按角跟蹤方式分類,有單脈沖雷達、圓錐掃描雷達和隱蔽圓錐掃描雷達等;按目標測量的參數(shù)分類,有測高雷達、二坐標雷達、三坐標雷達和敵我識對雷達、多站雷達等;按雷達頻段分,可分為超視距雷達、微波雷達、毫米波雷達以及激光雷達等。
由于雷達有著白天黑夜均能探測,且不受霧、云和雨的阻擋,具有全天候、全天時的特點,并有一定的穿透能力的優(yōu)點,所以,不僅成為軍事上必不可少的電子裝備,而且廣泛應用于其他領域,如氣象預報、資源探測、環(huán)境監(jiān)測等,甚至涉及到一定的科學研究,如天體研究、大氣物理、電離層結構研究等。
 
現(xiàn)在,雷達測距也被用在最潮流的行業(yè)——機器人領域。那么,雷達在機器人領域都發(fā)揮著哪些作用?目前應用率如何呢?
 
機器人的好助手
雷達在移動機器人導航中的應用日益增多,特別是激光雷達。這主要是由于激光雷達距離測量技術具有很多優(yōu)點,與其它距離傳感器相比,能夠同時考慮精度要求和速度要求,這一點特別適用于移動機器人領域。
 
激光雷達這么好,為什么機器人很少用激光雷達避障?
激光大狗機器人在用激光雷達測量
 
工作在紅外和可見光波段的,以激光為工作光束的雷達稱為激光雷達,是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng),激光雷達為機器人的導航提供了良好的方法。
 
有些機器人的自由行走其實是具有欺騙性的,它們采用的是遙控或者預先設定程序的方式。機器人的“真正自由行走”應該是能識別障礙物、通過拐彎、停止等實現(xiàn)主動避障、并實現(xiàn)自主規(guī)劃路線,激光雷達就是解決阻礙機器人普及瓶頸的重要方法。
 
要想讓機器人行走,首先得要讓它看見——除了算法,還有重要的硬件設備——激光雷達。激光雷達可以讓機器人向目標發(fā)射激光探測信號,然后將接收到的從目標反射回來的信號與發(fā)射信號進行比較,作適當處理后,獲得目標的有關信息,如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。
 
機器人的“看見”其實是在定位自己、定位目標物,以及進行地圖構建。
 
一位動手能力超強的電子制作達人,花了半年時間制作了一款“全能型雷達攻擊機器人”。采用的就是超聲波雷達測距,不僅能識別主人的鞋子在哪兒,還能把鞋子拿給主人。
 
激光雷達這么好,為什么機器人很少用激光雷達避障?

機器人愛好者自制的雷達測距機器人
 
目前,激光雷達應用較多的領域是掃地機器人,主要實現(xiàn)避障以及自動規(guī)劃路徑的目的。
 
現(xiàn)在一些入門級的掃地機器人,其實掃地過程比較簡單,大多只是具有包括N字形清掃能力,清掃覆蓋面積也難以評估保證。據(jù)掃地機器人專家表示,其根本原因就是其“看不見”,無法自由行走。這時候,激光雷達就起到了掃地機器人眼睛的作用,讓它實現(xiàn)有目的地清掃。

激光雷達應用出現(xiàn)短板
 
激光雷達這么好,為什么目前市面上很少看見使用激光雷達的機器人?
 
目前,在全世界范圍內(nèi),除了部分中國企業(yè)外,僅有日本德國等少數(shù)幾個企業(yè)有能力生產(chǎn)激光雷達,但其價格都不低。比如說,谷歌無人車的激光雷達的價格更是在1萬美元以上(據(jù)稱是7萬美元)。一般服務機器人完全承受不起這么貴的元器件。
 
激光雷達這么好,為什么機器人很少用激光雷達避障?

這么貴也是有理由的,一般激光雷達在技術研發(fā)上有一定的難度。
 
技術上,精度越高越好,達到毫米級精度的就更不容易了,想達到這樣的精度,工藝上有很大的難題:
精度上,要想達到遠距離毫米級精度,對光學及測量工藝其實都有很大的要求。
速度上,其實傳統(tǒng)的激光測距儀價格并不貴,淘寶上可能幾百塊錢就可能買上一個,但其測量速度特別慢,可能需要幾秒鐘才能完成,而激光雷達,需要在一秒內(nèi)完成幾千上萬次的測量。所以傳統(tǒng)激光雷達的價格也非常貴。

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激光雷達機器人雷達測距
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