I lidar 2D rimangono il sensore di base per la navigazione di robot mobili, i sistemi anticollisione, il monitoraggio di zone e l'automazione industriale. Sebbene i dispositivi possano avere una geometria di scansione "piatta" identica, possono differire radicalmente nella progettazione e, di conseguenza, nelle loro prestazioni in condizioni reali. Già nella fase iniziale di valutazione della gamma di prodotti, ad esempio nei cataloghi di lidar 2D, è evidente che la principale differenza di progettazione risiede tra soluzioni meccaniche e a stato solido.
Di seguito viene presentata un'analisi dettagliata di cosa consista esattamente questa differenza e di come si manifesti nel funzionamento, non solo nelle specifiche.
- Che cos'è un lidar meccanico 2D?
- Caratteristiche principali del design
- Che cos'è il lidar a stato solido 2D?
- Caratteristiche principali del design
- Affidabilità e usura: cosa succede nel tempo
- Lidar meccanici
- lidar a stato solido
- Resistenza all'ambiente esterno
- Vibrazioni e urti
- Polvere e sporcizia
- Scansione della natura e dei dati
- Uniformità di vista
- Frequenza di aggiornamento e latenza
- Dimensioni e integrazione
- Lidar meccanici
- lidar a stato solido
- costi di manutenzione e di esercizio
- Dove il lidar meccanico rimane la scelta migliore
- Dove il lidar a stato solido vince
- Risultato
Che cos'è un lidar meccanico 2D?
Un lidar meccanico 2D utilizza un'unità ottica rotante. All'interno dell'alloggiamento si trova un motore che aziona lo specchio o l'intera unità ottica. Il raggio laser "pettina" sequenzialmente lo spazio su un unico piano, creando un angolo di visione da decine a centinaia di gradi.
Caratteristiche principali del design
- presenza di elementi mobili (motore, cuscinetti);
- Geometria di scansione stabile su tutto l'angolo di visuale;
- rotazione fisica come fonte di spazzamento.
Questo particolare schema è da tempo lo standard per la robotica mobile e i sistemi di sicurezza.
Che cos'è il lidar a stato solido 2D?
Un lidar 2D a stato solido non presenta rotazione meccanica. L'angolo di scansione viene generato controllando elettronicamente gli emettitori, i micromirror (MEMS) o gli array ottici a fasi, a seconda della specifica implementazione.
Caratteristiche principali del design
- assenza di parti rotanti classiche;
- controllo elettronico della direzione del fascio;
- architettura più compatta ed ermetica.
Nonostante il nome comune, il termine "stato solido" può comprendere diversi approcci tecnologici, accomunati però dal rifiuto del motore classico.
Affidabilità e usura: cosa succede nel tempo
Lidar meccanici
Nell'utilizzo reale, l'usura è un fattore importante da considerare. Cuscinetti e motori funzionano continuamente, a volte 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Nel tempo, questo può portare a:
- aumento delle reazioni negative;
- aumento del rumore;
- diminuzione della stabilità rotazionale;
- la necessità di sostituire periodicamente i componenti.
In condizioni ottimali e seguendo le raccomandazioni di installazione, la durata di vita utile può essere piuttosto lunga, ma resta comunque limitata.
lidar a stato solido
L'assenza di parti rotanti riduce significativamente l'usura meccanica. Tali dispositivi:
- tollera meglio le vibrazioni;
- funzionano in modo più stabile con frequenti accensioni e spegnimenti;
- meno sensibile all'inclinazione e all'orientamento del corpo.
Allo stesso tempo, la durabilità si sposta verso i componenti elettronici e le prestazioni termiche.
Resistenza all'ambiente esterno
Vibrazioni e urti
- Meccanico Questi modelli sono più sensibili alle vibrazioni costanti, soprattutto se installati su piattaforme mobili con sospensioni rigide.
- Stato solido Le soluzioni in genere dimostrano una maggiore stabilità, poiché non c'è nulla da "perdere".
Polvere e sporcizia
Entrambi i progetti richiedono ottiche pulite, ma:
- Nei lidar meccanici, la contaminazione può influire sull'equilibrio rotazionale;
- nello stato solido - principalmente sulla qualità del segnale, senza influire sulla meccanica.
Scansione della natura e dei dati
Uniformità di vista
Il lidar meccanico fornisce una risoluzione angolare uniforme su tutto il campo visivo. Ciò è particolarmente importante per:
- Algoritmi SLAM;
- determinazione precisa della forma degli oggetti;
- prevedibilità dei dati.
I lidar a stato solido possono avere:
- densità irregolare dei punti;
- settori fissi con risoluzioni diverse;
- limitazioni sull'angolo di visualizzazione massimo.
Questo non è uno svantaggio, bensì una caratteristica da tenere in considerazione nella progettazione di un sistema.
Frequenza di aggiornamento e latenza
I lidar meccanici spesso funzionano a una velocità di rotazione fissa. Ciò offre:
- flusso di dati stabile;
- ritardo prevedibile;
- Sincronizzazione perfetta con gli algoritmi di navigazione.
Le soluzioni a stato solido possono:
- cambiare dinamicamente le modalità di scansione;
- ridistribuire la frequenza tra i settori;
- ottimizzato per uno scenario specifico.
Nelle operazioni semplici la differenza è impercettibile, ma nella navigazione ad alta velocità può essere cruciale.
Dimensioni e integrazione
Lidar meccanici
- solitamente nella parte superiore del corpo;
- richiedono di tenere conto della zona di rotazione;
- possono imporre restrizioni sulla progettazione di un robot o di una macchina.
lidar a stato solido
- più compatto;
- più facile da integrare nei pannelli piatti;
- sono più facili da inserire in custodie protettive.
È per questo motivo che le soluzioni a stato solido vengono spesso scelte per i dispositivi di produzione con requisiti di forma stringenti.
costi di manutenzione e di esercizio
| Parametro | Meccanico | stato solido |
|---|---|---|
| Manutenzione ordinaria | Possibile | Minimo |
| Sensibilità alla modifica | Media | Basso |
| Indossare | Presente | Quasi assente |
| Stabilità nel tempo | Potrebbe diminuire | Ancora di più |
Dove il lidar meccanico rimane la scelta migliore
- navigazione in spazi ampi;
- progetti con una lunga storia e algoritmi consolidati;
- sistemi in cui la densità uniforme dei dati è importante;
- casi in cui la manutenzione e la sostituzione dei componenti sono accettabili.
Dove il lidar a stato solido vince
- piattaforme mobili compatte;
- attrezzature per esterni con vibrazioni;
- prodotti in serie con rigorosi requisiti di affidabilità;
- progetti in cui ridurre al minimo la manutenzione è fondamentale.
Risultato
La differenza tra un lidar 2D meccanico e uno a stato solido non risiede solo nella presenza o assenza di un motore. Si tratta di una differenza nella filosofia di progettazione, nelle prestazioni a lungo termine e nell'approccio all'integrazione. I modelli meccanici producono dati prevedibili e familiari, mentre i modelli a stato solido offrono stabilità e resistenza alle condizioni ambientali.
La scelta giusta non dipende dal tipo di lidar, ma dalla comprensione delle condizioni operative, dei requisiti dei dati e dei compromessi operativi accettabili.
