Czujniki LIDAR - zapewnij swojemu robotowi większą czułość wykrywania

LIDAR to skrót pochodzący od „light detection and ranging” lub - najnowsza wersja - „laser imaging, detection, and ranging”. Oznacza on „obrazowanie laserowe, wykrywanie [światła] i określanie zasięgu”. Jego głównym zadaniem jest pomiar odległości między urządzeniem, w którym jest umieszczony, a obiektami, które go otaczają – w płaszczyźnie i przestrzeni. Jako wynik tego pomiaru otrzymujemy chmurę punktów, którą następnie możemy wykorzystać do nawigacji i sterowania robotami (np. usługowymi, odkurzającymi) czy też pojazdami autonomicznymi (AGV).

W jaki sposób działa technologia LIDAR?

Lidar triangulacyjny

Gdy wiązka lasera napromieniowuje obiekt znajdujący się w minimalnej odległości umożliwiającej dokonanie pomiaru, układ optyczny odbiornika skupia odbite promieniowanie na pikselu N. Promieniowanie odbite od obiektu znajdującego się w maksymalnej mierzalnej odległości skupia się na pikselu 1. Odległości i kąty pomiędzy laserem, układem optycznym czujnika i samym czujnikiem są precyzyjnie określone, co pozwala na zastosowanie równań goniometrycznych do obliczenia odległości pomiędzy obiektem a lidarem. Lidar wykorzystuje laser podczerwieni o długości fali 793 nm.

Znaczna większość pikseli czujnika jest wykorzystywana do pomiaru mniejszych odległości, a więc lidar jest w stanie dokonać pomiaru mniejszych odległości z większą dokładnością. Na przykład, dla powyższego produktu z czujnikiem o rozdzielczości 2048 pikseli, dla zasięgu do 2 m wykorzystuje się około 1200 pikseli (1 piksel = 1,67 mm), a dla zasięgu od 2 do 10 m dostępnych jest 848 pikseli (1 piksel = 9,43 mm).

W rzeczywistości w lidarze odległości i kąty dobierane są w taki sposób, aby umożliwić pomiar odległości w wymaganym zakresie, np. dla rozwiązania YDLIDAR G4 jest to od 0,28 do 16 m z dokładnością ±20 mm dla odległości <1 m i ±2% dla zakresu 1...8 m.

Ten typ lidaru nadaje się bardziej do zastosowania w pomieszczeniach o natężeniu oświetlenia do 550 Lux; w przypadku wartości powyżej 2000 Lux istnieje ryzyko uszkodzenia czujnika – wynika to z tego, że czuły czujnik może zostać łatwiej „oślepiony”. Wyjątkiem jest rozwiązanie YDLIDAR X4 Pro, które działa prawidłowo również przy oświetleniu 2 000 Lux, a maksymalna wartość natężenia oświetlenia to 40 000 Lux.

Lidar oparty na technologii ToF (Time of Flight)

Laser okresowo emituje krótkie impulsy świetlne w obszarze podczerwieni. Fotodetektor wykrywa światło odbite od obiektu. Lidar dokonuje pomiaru czasu pomiędzy wyemitowanym impulsem a momentem wykrycia odbicia. Wykorzystuje do tego laser podczerwieni o długości fali 905 nm.

Maksymalną mierzalną odległość określa okres T, Dmax. = 0,5cT i stosunek sygnału do szumu. Minimalna mierzalna odległość jest ograniczona dokładnością pomiaru czasu.

Porównując np. dokładność czujników LIDAR TG30 oraz G4, okazuje się, że G4 jest dokładniejszy do odległości 3 m, a TG30 zapewnia większą dokładność pomiaru dla większych odległości.
Fotodetektor ma dużo większą odporność na „oślepienie” niż czujnik stosowany w lidarach triangulacyjnych. Zazwyczaj działa prawidłowo w przypadku natężenia oświetlenia rzędu 70 000 Lux, a wartość maksymalna wynosi 100 000 Lux. Umożliwia mu to skuteczne działanie w środowisku zewnętrznym.

Lidary 2D w asortymencie SOS electronic

SOS electronic do swojego asortymentu dołączyło lidary 2D firmy YDLIDAR. Dostępne modele można znaleźć na ich stronie internetowej.

Znaczenie istotnych parametrów

Górna część lidaru (znajduje się w niej laser, fotodetektor i układ optyczny) obraca się, dzięki czemu pole widzenia (Horizontal FoV) wynosi 360°. Prędkość obrotowa to zazwyczaj 5...12 obrotów/s (Motor Frequency) i jest regulowana za pomocą sygnału PWM lub komendy przez interfejs UART. Częstotliwość pomiarowa (Ranging Frequency) mieści się w zakresie od 3.000 do 20.000 Hz w zależności od typu i nie jest regulowana. Przy częstotliwości 3000 Hz i 6 obrotach/s, lidar wykonuje 500 pomiarów na jeden obrót (360°) Wynika z tego kolejny parametr – rozdzielczość kątowa. Dla omawianego przypadku rozdzielczość kątowa wynosi 360/500=0,72°. Znaczenie pozostałych parametrów jest oczywiste.

Wdrożenie lidaru do projektu

Każdy zestaw rozwojowy lidaru składa się z samego lidaru, konwertera z interfejsem lidaru (UART, PWM) na USB oraz kabel USB. W przypadku systemu operacyjnego Windows należy zainstalować sterowniki VCP dla urządzenia CP2102 i pobrać program LidarViewer (TOOL) z witryny internetowej firmy YDLIDAR.
Do testów na Linuksie niezbędna będzie instalacja ROS (Robot Operating System) dla Linuksa. Należy pobrać kody źródłowe SDK i sterowniki dla konkretnego lidaru ze strony YDLIDAR, skompilować je i zainstalować. Szczegółowe informacje na ten temat znajdują się w instrukcji obsługi.

SOS electronic rozszerzyło swoją ofertę produktową o serię czujników do pomiaru odległości firmy YDLIDAR. Są to rozwiązanie z ogromnym potencjałem i z pewnością sprawdzą się w wielu zastosowaniach obecnie i w przyszłości.

Wybrane czujniki są dostępne bezpośrednio z magazynu SOS electronic. Wszystkie pozostałe modele lidarów mogą być dostarczone na zamówienie w krótkim czasie i na korzystnych warunkach.
Więcej informacji technicznych na temat konkretnego typu czujników można znaleźć bezpośrednio na stronie internetowej SOS electronic.

Jesteś zainteresowany szczegółowymi informacjami na temat oferty firmy YDLIDAR? Chciałbyś skontaktować się z doradcą technicznym, który pomoże Ci wybrać odpowiedni produkt? Jeżeli masz jakiekolwiek pytania, skontaktuj się z SOS electronic pod adresem info@soselectronic.pl.