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  • 1 # 科學史話

    早些年,傳統鐳射雷達多用於工業安全檢測和軍事防衛,但隨著消費市場中無人駕駛和機器人的日益興起,鐳射雷達(鐳射測距感測器)技術的應用也成為投資者和技術專家眼中的香餑餑。今天我們就來聊聊現下大熱的鐳射雷達,究竟由哪些核心技術組成。

    以非固態鐳射雷達為例,顧名思義非固態鐳射雷達就是指它在工作時不是固定不動的,其內建的測距裝置會不斷旋轉,進行360°全方位掃描。在執行時,旋轉的測距裝置需要電能和傳輸資料資訊,但如果採用導線直接連線就會導致導線纏繞,無法正常工作。因此,目前市面上幾乎所有的非固態鐳射雷達廠家都會選擇一個電旋轉聯結器,俗稱“滑環”的裝置來傳輸能量和資料資訊。

    那麼,什麼是滑環呢?它安裝在裝置的旋轉中心,主要由轉子與定子兩大部分組成,其本質就在於內部有若干數量的電刷,這樣就可以使定子與轉子保持能量和資訊的連通。

    如圖所示,轉子上有若干數量導電環,定子上包含有電刷,轉子在轉動過程中,電刷始終與導電環接觸,保證了轉子與定子的電導通。

    電刷傳統的材質是金屬或者碳材料的電刷,在長期的摩擦的情況下容易磨損導致接觸不良,從而無法為旋轉體正常供電或傳輸資訊,這也會大大影響鐳射雷達的使用壽命。傳統的導電滑環在連續工作時僅有數千小時壽命。

    思嵐科技在2014年推出第一代鐳射雷達時,也遇到了導電滑環的壽命問題,他們對滑環進行改良設計,在標準使用情況下可以保證壽命。

    經過多年研發與改進,思嵐科技推出的RPLIDAR系列鐳射測距感測器,完全放棄了導電滑環這個機械裝置,採用全新的光磁融合技術。這種非物理接觸的無線供電和無線資料傳輸技術,徹底解決了因物理接觸機械磨損導致電氣連線失效、鐳射雷達壽命短的問題。在連續工作情況下,思嵐RPLIDAR 系列的設計使用壽命可長達5年以上。並率先採用綠光與紅外光雙光譜全雙工的模式進行訊號傳輸,保證其在16K高畫質模式下的正常運作。

    除外觀大幅改進外,RPLIDAR 系列的效能引數也有了大幅提升,取樣頻率由5Hz提升至15Hz,這也是業內低成本雷達最快的掃描頻率,而取樣次數由每秒4000次提高至16000次。

    此外,傳統的光飛行時間法,即透過測量光束的傳輸時間從而求得距離。此方法需要特殊的鐳射發射器,接收裝置也要格外靈敏,這些裝置都需要大量的依賴進口,並且國內製造業因技術和生產裝置的限制也難以進行仿製,致使鐳射雷達感測器的成本一直高居不下。而思嵐科技採用影象的方法進行鐳射測距感測器的設計,即無需測量光傳輸的時間,而是拍攝鐳射到達目標物體後在攝像頭上呈現的畫面,根據遠近不同導致相機畫面尺寸的變化來求得距離。同時,思嵐科技還在生產方面做出了努力,建立自主研發的自動化生產線,在控制良品率的同時還能夠降低生產成本。

    當鐳射雷達在服務機器人身上進行實際應用時,其可獲得更加密集的取樣點,可快速實現對障礙物的響應,及時進行自主避障,在鐳射雷達的其他應用領域,如對鐳射雷達進行環境勘探、地圖構建時,可獲得更加精細的畫面,在多媒體應用中,超大螢幕的多點觸控將會反應更快,精度更高。

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