AGV/AMR避障激光雷达应用现状
近几年,伴随着AGV/AMR整体市场及激光导航AGV/AMR发展,赛道内的激光雷达厂商开始不断增多。尤其是避障雷达,由于技术要求与导航雷达相比相对较低,目前国内厂商大部分在避障领域都已经渐趋成熟。
一般而言,传统的磁导AGV普遍搭载2个激光雷达来实现避障。叉车AGV由于对安全性要求更高,一般搭载3个避障雷达,前面两个,后面一个。最新一代的自主导航AMR,基本上也都是搭载1-2个激光雷达,成对角布置,用于导航避障。
而综合AGV/AMR的应用特性,本体厂商在选择避障激光雷达主要考量因素有以下几方面:
1、精度。在不同场景下的精度表现,包括对不同材质、不同形状物体识别;
2、易用性。上位机的易用性,能根据实际需求方便、合理的规划防护区域,同时雷达是否设置灵活,操作便捷;
3、稳定性。长期运行稳定可靠,无误触发,反应及时,保护可靠;
4、环境适应性。在不同环境中,对振动、阳光、粉尘的抗干扰效果;
5、性价比。在满足以上性能要求前提下,价格是很重要的因素,追求高性价比的最适合的产品。激光雷达按照测距方式、扫描线束的差异有不同的分类方式,综合AGV/AMR的各项需求,目前市场上应用的激光避障雷达以什么类型为主?
TOF &三角法
激光雷达按照测距原理分,主要有两种:三角测距,飞行时间(Time of Flight,ToF)测距。其中飞行时间测距又分为直接飞行时间测距(direct Time of Flight, dToF)和间接飞行时间测距(indirect Time of Flight, iToF)。
三角法原理是通过激光器发射激光,在照射到物体后,反射光由线性CCD接收,由于激光器和探测器间隔了一段距离,所以依照光学路径,不同距离的物体将会成像在CCD上不同的位置。按照三角公式进行计算,就能推导出被测物体的距离。
TOF的原理是由激光器发射一个激光脉冲,并由计时器记录下出射的时间,回返光经接收器接收,并由计时器记录下回返的时间。两个时间相减即得到了光的“飞行时间”,而光速是一定的,因此在已知速度和时间后很容易就可以计算出距离。
相对于三角测距法而言,ToF通过测量光脉冲的飞行时间来计算目标距离,而计时的精度不会因距离变远而发生改变,这样在整个量程内,ToF测距的距离分辨率都不会有实质性的变化。同时,ToF测距处理的都是高速脉冲信号,由此而来的好处是整个测量过程耗时极短,可以很轻松地做到非常高的测量频率。总体来看,精度高,反应速度快是TOF型激光雷达的主要优势,这种特性比较符合工业场景AGV/AMR小车的避障需求,所以当前工业领域,AGV/AMR避障激光雷达一般以TOF型为主,当然,TOF型雷达的价格会更高一点。
单线&多线
激光雷达按线数分类可分为单线激光雷达和多线激光雷达,单线激光雷达是指激光源发出的线束是单线的雷达,获取的是2D平面扫描图。多线激光雷达是指同时发射及接收多束激光的激光旋转测距雷达,市场上目前主要有4线、8线、16 线、32 线、 64 线和128线之分,多线激光雷达可以识别物体的高度信息并获取周围环境的3D扫描图。
目前来说,工业AGV/AMR避障多以单线激光雷达为主,相比多线激光雷达,单线激光雷达在角频率及灵敏度上反应更快捷,在测试周围障碍物的距离和精度上十分精准。但单线雷达只能平面式扫描,不能测量物体高度,并没有3D建模的功能,相比之下,3D激光雷达可以扫描立体空间,输出三维点云密集,为AGV/AMR实时定位导航避障提供更丰富的信息支持,最大程度探测车身周围障碍物及地面地形变化。另一方面,3D激光雷达具有对低反射率物体探测能力强、抗环境光干扰能力强、雨雾雪尘穿透能力强等优势,可以通用于室内与室外复杂场景。
伴随着AGV应用的不断深入,3D多线激光雷达的应用会是未来的趋势,但目前而言,单线仍旧是应用主流,因为就目前AGV/AMR应用的大部分场景而言,单线激光雷达已经足以满足其避障需求。
机械式&固态
根据雷达内部有无机械旋转部件来分,激光雷达主要可分为三种类型:机械式、固态及混合固态。
机械式激光雷达是指通过电机带动光机结构整体旋转的机械式方案,激光脉冲发射器、接收器等元器件都会随着扫描模块进行 360°旋转,从而生成一个立体点云,实现对环境的感知扫描。
相比机械式激光雷达,固态激光雷达仅面向一个方向一定角度进行扫描,覆盖范围有所限制。但取消了复杂高频转动的机械结构,耐久性得到了巨大的提升,体积也可以大幅缩小。而混合固态雷达不需要通过机械结构来旋转激光发射器和接收器来进行360度扫描,体积比较小,成本也比较低,但是内部又有部分小型的机械运动部件。
在工业AGV/AMR领域,目前仍旧以机械式激光雷达应用为主,一方面,机械式雷达应用较为成熟,性能稳定,同时扫描角度广阔,比较符合AGV/AMR的需求。当然,也逐渐有企业推出固态式或混合固态式的雷达面向这一领域应用,但尚处于早期阶段。同时,从技术整体的发展角度来看,固态及混合固态还尚未十分成熟。
综合来看,目前工业AGV/AMR领域,以TOF型、单线、机械式的激光雷达应用为主,但不论是本体厂商还是激光雷达厂商,可以看出,大家都在不断探索更高性能更低成本的激光避障方案。