Los lidars 2D siguen siendo el sensor básico para la navegación de robots móviles, sistemas de prevención de colisiones, monitorización de zonas y automatización industrial. Si bien los dispositivos pueden tener una geometría de escaneo "plana" idéntica, su diseño puede diferir radicalmente y, por lo tanto, su rendimiento en condiciones reales. Incluso en la fase inicial de revisión de la gama de productos, por ejemplo, en los catálogos de lidars 2D, queda claro que la principal diferencia de diseño radica entre las soluciones mecánicas y las de estado sólido.
A continuación se presenta un análisis detallado de en qué consiste exactamente esta diferencia y cómo se manifiesta en el funcionamiento, no solo en las especificaciones.
- ¿Qué es un lidar mecánico 2D?
- Características clave del diseño
- ¿Qué es un lidar de estado sólido 2D?
- Características clave del diseño
- Fiabilidad y desgaste: qué sucede con el paso del tiempo.
- Lidars mecánicos
- Lidars de estado sólido
- Resistencia al entorno externo
- Vibraciones y golpes
- Polvo y suciedad
- Escaneo de la naturaleza y los datos
- Uniformidad de visión
- Frecuencia de actualización y latencia
- Dimensiones e integración
- Lidars mecánicos
- Lidars de estado sólido
- Costos de mantenimiento y operación
- Donde el lidar mecánico sigue siendo la mejor opción
- Donde el lidar de estado sólido gana
- Resultado
¿Qué es un lidar mecánico 2D?
Un lidar mecánico 2D utiliza una unidad óptica giratoria. Dentro de la carcasa hay un motor que acciona el espejo o la unidad óptica completa. El haz láser recorre secuencialmente el espacio en un solo plano, creando un ángulo de visión de decenas a cientos de grados.
Características clave del diseño
- presencia de elementos móviles (motor, cojinetes);
- Geometría de escaneo estable en todo el ángulo de visión;
- La rotación física como fuente de barrido.
Este sistema en particular ha sido durante mucho tiempo el estándar para la robótica móvil y los sistemas de seguridad.
¿Qué es un lidar de estado sólido 2D?
Un lidar 2D de estado sólido no tiene rotación mecánica. El ángulo de escaneo se genera mediante el control electrónico de los emisores, los micromirrores (MEMS) o las matrices ópticas de fase, según la implementación específica.
Características clave del diseño
- ausencia de piezas giratorias clásicas;
- control electrónico de la dirección del haz;
- Arquitectura más compacta y hermética.
A pesar de su nombre común, el término "estado sólido" puede abarcar diferentes enfoques tecnológicos, pero todos ellos se caracterizan por el rechazo al motor clásico.
Fiabilidad y desgaste: qué sucede con el paso del tiempo.
Lidars mecánicos
En el uso real, el desgaste es un factor importante a considerar. Los rodamientos y los motores funcionan continuamente, a veces las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Con el tiempo, esto puede provocar:
- aumento de la reacción negativa;
- aumento del ruido;
- disminución de la estabilidad rotacional;
- la necesidad de reemplazar componentes de forma rutinaria.
En condiciones adecuadas y si se siguen las recomendaciones de instalación, la vida útil puede ser bastante larga, pero sigue siendo limitada.
Lidars de estado sólido
La ausencia de piezas giratorias reduce significativamente el desgaste mecánico. Tales dispositivos:
- toleran mejor las vibraciones;
- Funcionan de forma más estable con encendidos y apagados frecuentes;
- Menos sensible a la inclinación y la orientación del cuerpo.
Al mismo tiempo, la durabilidad se desplaza hacia los componentes electrónicos y el rendimiento térmico.
Resistencia al entorno externo
Vibraciones y golpes
- Mecánico Estos modelos son más sensibles a las vibraciones constantes, especialmente cuando se instalan en plataformas móviles con suspensión rígida.
- Estado sólido Las soluciones suelen demostrar una mayor estabilidad, ya que no hay nada que "perder".
Polvo y suciedad
Ambos diseños requieren una óptica limpia, pero:
- En los lidars mecánicos, la contaminación puede afectar al equilibrio rotacional;
- En estado sólido, principalmente en la calidad de la señal, sin afectar la mecánica.
Escaneo de la naturaleza y los datos
Uniformidad de visión
El lidar mecánico proporciona una resolución angular uniforme en todo el campo de visión. Esto es especialmente importante para:
- algoritmos SLAM;
- determinación precisa de la forma de los objetos;
- predictibilidad de los datos.
Los lidars de estado sólido pueden tener:
- densidad desigual de puntos;
- sectores fijos con diferentes resoluciones;
- limitaciones en el ángulo de visión máximo.
Esto no es una desventaja, sino una característica que debe tenerse en cuenta al diseñar un sistema.
Frecuencia de actualización y latencia
Los lidars mecánicos suelen funcionar a una velocidad de rotación fija. Esto proporciona:
- flujo de datos estable;
- retraso previsible;
- Sincronización precisa con los algoritmos de navegación.
Las soluciones de estado sólido pueden:
- cambiar dinámicamente los modos de escaneo;
- redistribuir la frecuencia entre sectores;
- Optimizado para un escenario específico.
En tareas sencillas la diferencia es imperceptible, pero en la navegación a alta velocidad puede ser crucial.
Dimensiones e integración
Lidars mecánicos
- generalmente en la parte superior del cuerpo;
- requerir tener en cuenta la zona de rotación;
- puede imponer restricciones al diseño de un robot o máquina.
Lidars de estado sólido
- más compacto;
- más fácil de integrar en paneles planos;
- son más fáciles de colocar en estuches protectores.
Es por este motivo que las soluciones de estado sólido se eligen con frecuencia para dispositivos de producción con requisitos estrictos de formato.
Costos de mantenimiento y operación
| Parámetro | Mecánico | Estado sólido |
|---|---|---|
| Mantenimiento rutinario | Posible | Mínimo |
| Sensibilidad a la edición | Promedio | Bajo |
| Tener puesto | Presente | Casi ausente |
| Estabilidad a lo largo del tiempo | Puede disminuir | Más aún |
Donde el lidar mecánico sigue siendo la mejor opción
- navegación en espacios amplios;
- proyectos con una larga trayectoria y algoritmos bien establecidos;
- sistemas donde la densidad de datos uniforme es importante;
- casos en los que el servicio y la sustitución de componentes son aceptables.
Donde el lidar de estado sólido gana
- plataformas móviles compactas;
- equipos para exteriores con vibración;
- productos de serie con estrictos requisitos de fiabilidad;
- proyectos en los que minimizar el mantenimiento es fundamental.
Resultado
La diferencia entre los sistemas lidar 2D mecánicos y de estado sólido no radica únicamente en la presencia o ausencia de un motor. Se trata de una diferencia en la filosofía de diseño, el rendimiento a largo plazo y el enfoque de integración. Los modelos mecánicos generan datos predecibles y familiares, mientras que los modelos de estado sólido ofrecen estabilidad y resistencia a las condiciones ambientales.
Para tomar la decisión correcta, no basta con el tipo de lidar, sino que es fundamental comprender las condiciones de funcionamiento, los requisitos de datos y las compensaciones operativas aceptables.
