掃地機(jī)激光雷達(dá)工作原理圖

受益于互聯(lián)網(wǎng)及科技的高速發(fā)展，掃地機(jī)器人早就不是什么新鮮產(chǎn)物，越來(lái)越多的家庭也開(kāi)始使用掃地機(jī)器人。隨著各大電商開(kāi)始進(jìn)行各類(lèi)購(gòu)物節(jié)預(yù)熱，不少家庭也將掃地機(jī)放進(jìn)購(gòu)物車(chē)當(dāng)中，那么什么樣的掃地機(jī)器人才更好用，本篇文章帶你從技術(shù)原理上解析，為什么買(mǎi)掃地機(jī)一定要買(mǎi)帶激光雷達(dá)的。

最早的掃地機(jī)器人被人們?cè)溨C的稱(chēng)之為“人工智障”，掃地機(jī)在工作時(shí)總是橫沖直撞上，不少人覺(jué)得還不如不用。這是因?yàn)?，早期掃地機(jī)通過(guò)隨機(jī)碰撞來(lái)改變方向的，清掃起來(lái)基本沒(méi)有任何規(guī)劃。這種應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單、成本低，但清掃效果差，漏掃、費(fèi)時(shí)間，體驗(yàn)極差。

隨著深度學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺(jué)等人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，掃地機(jī)器人產(chǎn)品的迭代速度有目共睹，逐漸由早期的機(jī)械式向如今的智能方向演進(jìn)。第二代的規(guī)劃式清掃機(jī)器人正式登場(chǎng)，比起隨機(jī)清掃，第二代在掃地機(jī)器人的行走路線算法上做了大幅優(yōu)化，并配備了諸如陀螺儀等傳感器，幫助掃地機(jī)器人以相對(duì)規(guī)整及高效的路線進(jìn)行清掃，但是依然存在漏掃、被家具卡住等問(wèn)題。

這就是為什么買(mǎi)掃地機(jī)一定要買(mǎi)帶激光雷達(dá)的。激光SLAM能測(cè)量周?chē)系K點(diǎn)的角度和距離等信息，其特點(diǎn)是快、準(zhǔn)、小，就是采集速度快、測(cè)量精準(zhǔn)、計(jì)算量小。 ? SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）的含義是即時(shí)定位與地圖構(gòu)建，指的是機(jī)器人在自身位置不確定的條件下，在完全未知環(huán)境中創(chuàng)建地圖，同時(shí)利用地圖進(jìn)行自主定位和導(dǎo)航。也就是說(shuō)，掃地機(jī)器人需要在未知環(huán)境中從一個(gè)未知的位置開(kāi)始移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中根據(jù)位置估計(jì)和傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行自身定位，同時(shí)建造增量式地圖。

激光導(dǎo)航的掃地機(jī)器人通過(guò)SLAM激光雷達(dá)掃描來(lái)判斷自己的位置，定位精度高，即使是無(wú)光環(huán)境也能精準(zhǔn)定位，SLAM技術(shù)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了家用服務(wù)機(jī)器人從“智障”到“智能”的飛躍，讓機(jī)器人在不同的環(huán)境中能夠自主規(guī)劃移動(dòng)路線成為可能，跨越了掃地機(jī)的隨機(jī)式掃蕩方式。

其中主要的應(yīng)用原理如下：

LDS（三角法）激光雷達(dá)

通過(guò)頂部的傳感器360°旋轉(zhuǎn)，發(fā)射激光，再經(jīng)過(guò)物體的反射，以確定被測(cè)物體與機(jī)器的距離，屬于三角測(cè)距的一種方式。其具體成像原理如下：

q指的是掃地機(jī)距離障礙物的實(shí)際距離，d是激光頭發(fā)射到障礙物的距離，s是激光頭和鏡頭的距離，f是鏡頭焦距，β是個(gè)固定的角度值，x與s成比例。

該方案缺點(diǎn)是無(wú)法探測(cè)到落地窗、落地鏡、花瓶等高反射率物體，優(yōu)勢(shì)在于激光雷達(dá)導(dǎo)航技術(shù)更加成熟，性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯。目前主要使用的激光為780nm激光，代表掃地機(jī)廠商石頭、美的等機(jī)型。

針對(duì)該測(cè)量方案，華光光電對(duì)應(yīng)的激光器為790TO5.6-ZSP-10mW激光器，具體性能如下：

790nm為代表的山東華光光電小功率半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品，芯片自主研發(fā)，可在下至-40℃、上至85℃的苛刻環(huán)境下穩(wěn)定工作，高穩(wěn)定性、高可靠性、高光電轉(zhuǎn)換效率等性能優(yōu)勢(shì)成為掃地機(jī)激光建圖的第一國(guó)產(chǎn)器件選擇。

TOF法激光雷達(dá)：

TOF 是指光的飛行時(shí)間，原理是把激光進(jìn)行調(diào)制，射出去后計(jì)算空中飛行的時(shí)間進(jìn)而再得出這個(gè)距離。就是其由一組人眼看不到的紅外光（一般為905nm激光脈沖）向外發(fā)射，遇到物體后再反射到攝像頭結(jié)束，計(jì)算從發(fā)射到反射回?cái)z像頭的時(shí)間差或相位差，得到一個(gè)立體 3D 模型的成像技術(shù)。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，探測(cè)距離遠(yuǎn)，精度高，但是工藝太復(fù)雜，成本較高。目前主要使用的激光為905nm脈沖激光，代表掃地機(jī)廠商科沃斯。 針對(duì)該測(cè)量方案，華光光電對(duì)應(yīng)的激光器905nm-15W激光二極管，占空比0.1%，脈寬100nS下具體參數(shù)如下

華光光電的905nm產(chǎn)品芯片自主研發(fā)，其優(yōu)越的穩(wěn)定性、高可靠性逐步成為國(guó)產(chǎn)905激光器的標(biāo)桿產(chǎn)品。其封裝自動(dòng)化保證了產(chǎn)品供應(yīng)的及時(shí)性和性能的一致性，利于客戶規(guī)模化、集成化生產(chǎn)。

編輯：黃飛

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