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