2D lidari joprojām ir pamata sensors mobilo robotu navigācijai, sadursmju novēršanas sistēmām, zonu uzraudzībai un rūpnieciskajai automatizācijai. Lai gan ierīcēm var būt identiska "plakana" skenēšanas ģeometrija, tās var radikāli atšķirties pēc dizaina un līdz ar to arī pēc veiktspējas reālos apstākļos. Pat sākotnējā produktu klāsta pārskatīšanas posmā, piemēram, 2D lidāru katalogos, ir skaidrs, ka galvenā dizaina atšķirība ir starp mehāniskiem un cietvielu risinājumiem.
Zemāk ir sniegta detalizēta analīze par to, kāda tieši ir šī atšķirība un kā tā izpaužas darbībā, ne tikai specifikācijās.
- Kas ir mehāniskais 2D lidars?
- Galvenās dizaina iezīmes
- Kas ir 2D cietvielu lidars?
- Galvenās dizaina iezīmes
- Uzticamība un nodilums: kas notiek laika gaitā
- Mehāniskie lidāri
- Cietvielu lidari
- Izturība pret ārējo vidi
- Vibrācijas un triecieni
- Putekļi un netīrumi
- Dabas un datu skenēšana
- Skata vienveidība
- Atsvaidzināšanas frekvence un latentums
- Izmēri un integrācija
- Mehāniskie lidāri
- Cietvielu lidari
- Apkopes un ekspluatācijas izmaksas
- Kur mehāniskais lidars joprojām ir labākā izvēle
- Kur uzvar cietvielu lidars
- Rezultāts
Kas ir mehāniskais 2D lidars?
Mehāniskais 2D lidars izmanto rotējošu optisko bloku. Korpusa iekšpusē atrodas motors, kas darbina spoguli vai visu optisko bloku. Lāzera stars secīgi "ķemmē" telpu vienā plaknē, radot skata leņķi no desmitiem līdz simtiem grādu.
Galvenās dizaina iezīmes
- kustīgu elementu klātbūtne (dzinējs, gultņi);
- stabila skenēšanas ģeometrija visā skata leņķī;
- fiziskā rotācija kā slaucīšanas avots.
Šī konkrētā shēma jau sen ir mobilo robotu un drošības sistēmu standarts.
Kas ir 2D cietvielu lidars?
Cietvielu 2D lidaram nav mehāniskas rotācijas. Skenēšanas leņķi ģenerē, elektroniski kontrolējot emitētājus, mikrospoguļus (MEMS) vai fāzētus optiskos blokus atkarībā no konkrētās ieviešanas.
Galvenās dizaina iezīmes
- klasisko rotējošo daļu trūkums;
- elektroniskā staru virziena vadība;
- kompaktāka un hermētiskāka arhitektūra.
Neskatoties uz vispārpieņemto nosaukumu, "cietvielu" var aptvert dažādas tehnoloģiskās pieejas, taču tās vieno klasiskā dzinēja noraidīšana.
Uzticamība un nodilums: kas notiek laika gaitā
Mehāniskie lidāri
Reālās lietošanas apstākļos nodilums ir galvenais faktors, kas jāņem vērā. Gultņi un motori darbojas nepārtraukti, dažreiz 24 stundas diennaktī, 7 dienas nedēļā. Laika gaitā tas var izraisīt:
- pretreakcijas palielināšanās;
- trokšņa palielināšanās;
- rotācijas stabilitātes samazināšanās;
- nepieciešamība regulāri nomainīt komponentus.
Pareizos apstākļos un ievērojot uzstādīšanas ieteikumus, kalpošanas laiks var būt diezgan ilgs, taču tas joprojām ir ierobežots.
Cietvielu lidari
Rotējošo detaļu neesamība ievērojami samazina mehānisko nodilumu. Šādas ierīces:
- labāk panes vibrācijas;
- strādāt stabilāk, bieži ieslēdzot/izslēdzot;
- mazāk jutīgi pret ķermeņa slīpumu un orientāciju.
Vienlaikus izturība mainās elektronikas un termiskās veiktspējas virzienā.
Izturība pret ārējo vidi
Vibrācijas un triecieni
- Mehānisks Modeļi ir jutīgāki pret pastāvīgu vibrāciju, īpaši, ja tie ir uzstādīti uz kustīgām platformām ar stingru piekari.
- Cietvielu risinājumi parasti uzrāda labāku stabilitāti, jo nav ko "zaudēt".
Putekļi un netīrumi
Abiem dizainiem ir nepieciešama tīra optika, bet:
- Mehāniskajās lidarās piesārņojums var ietekmēt rotācijas līdzsvaru;
- cietā stāvoklī - galvenokārt signāla kvalitātē, neietekmējot mehāniku.
Dabas un datu skenēšana
Skata vienveidība
Mehāniskais lidars nodrošina vienmērīgu leņķisko izšķirtspēju visā redzes laukā. Tas ir īpaši svarīgi:
- SLAM algoritmi;
- precīza objektu formas noteikšana;
- datu paredzamība.
Cietvielu lidariem var būt:
- nevienmērīgs punktu blīvums;
- fiksēti sektori ar atšķirīgu izšķirtspēju;
- maksimālā skata leņķa ierobežojumi.
Tas nav trūkums, bet gan īpašība, kas jāņem vērā, projektējot sistēmu.
Atsvaidzināšanas frekvence un latentums
Mehāniskie lidari bieži darbojas ar fiksētu rotācijas ātrumu. Tas nodrošina:
- stabila datu plūsma;
- paredzama kavēšanās;
- skaidra sinhronizācija ar navigācijas algoritmiem.
Cietvielu risinājumi var:
- dinamiski mainīt skenēšanas režīmus;
- pārdalīt frekvenci starp sektoriem;
- optimizēts konkrētam scenārijam.
Vienkāršos uzdevumos atšķirība ir nemanāma, bet ātrgaitas navigācijā tā var būt kritiska.
Izmēri un integrācija
Mehāniskie lidāri
- parasti atrodas ķermeņa augšdaļā;
- nepieciešams ņemt vērā rotācijas zonu;
- var noteikt ierobežojumus robota vai mašīnas konstrukcijai.
Cietvielu lidari
- kompaktāks;
- vieglāk integrēt plakanās paneļos;
- ir vieglāk ievietot aizsargapvalkos.
Šī iemesla dēļ ražošanas ierīcēm ar stingrām formas faktora prasībām bieži tiek izvēlēti cietvielu risinājumi.
Apkopes un ekspluatācijas izmaksas
| Parametrs | Mehānisks | Cietvielu |
|---|---|---|
| Regulāra apkope | Iespējams | Minimums |
| Jutība pret rediģēšanu | Vidēji | Zems |
| Valkāt | Dāvana | Gandrīz neesošs |
| Stabilitāte laika gaitā | Var samazināties | Vienmērīgāk |
Kur mehāniskais lidars joprojām ir labākā izvēle
- navigācija plašās telpās;
- projekti ar ilgu vēsturi un labi izveidotiem algoritmiem;
- sistēmas, kurās svarīgs ir vienmērīgs datu blīvums;
- gadījumi, kad ir pieņemama apkope un detaļu nomaiņa.
Kur uzvar cietvielu lidars
- kompaktas mobilās platformas;
- āra aprīkojums ar vibrāciju;
- sērijveida produkti ar stingrām uzticamības prasībām;
- projekti, kuros kritiski svarīga ir apkopes samazināšana.
Rezultāts
Atšķirība starp mehānisko un cietvielu 2D lidaru nav tikai motora klātbūtne vai neesamība. Tā ir atšķirība dizaina filozofijā, ilgtermiņa veiktspējā un integrācijas pieejā. Mehāniskie modeļi ģenerē paredzamus un pazīstamus datus, savukārt cietvielu modeļi piedāvā stabilitāti un noturību pret vides apstākļiem.
Pareizās izvēles izdarīšana nesākas ar lidāra veidu, bet gan ar darbības apstākļu, datu prasību un pieņemamo ekspluatācijas kompromisu izpratni.
