激光雷达结构介绍
激光雷達是實現(xiàn)服務機器人自主行走的核心傳感器，以其精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點成為機器人定位的首選方案。它是一種以發(fā)射激光束來探測目標位置的雷達系統(tǒng)。
以思嵐科技RPLIDAR激光雷達為例，主要由激光器、接收器、信號處理單元和旋轉機構這四大核心部件組成。
激光器：是激光雷達中的激光發(fā)射機構。在工作過程中，它會以脈沖的方式點亮。以思嵐科技的RPLIDAR A3系列雷達來說，每秒鐘，它會點亮和熄滅16000次。
接收器：激光器發(fā)射的激光照射到障礙物以后，通過障礙物的反射，反射光線會經(jīng)由鏡頭組匯聚到接收器上。
信號處理單元：信號處理單元負責控制激光器的發(fā)射，以及接收器收到的信號的處理。根據(jù)這些信息計算出目標物體的距離信息。
旋轉機構：以上3個組件構成了測量的核心部件。旋轉機構負責將上述核心部件以穩(wěn)定的轉速旋轉起來，從而實現(xiàn)對所在平面的掃描，并產生實時的平面圖信息。
RPLIDAR A3內置的測距裝置會進行360°的全方位掃描，在運行時，旋轉的測距裝置需要電能和傳輸數(shù)據(jù)信息，但如果采用導線直接連接就會導致導線纏繞，無法正常工作。因此，目前市面上幾乎所有的非固態(tài)激光雷達廠家都會選擇一個電旋轉連接器，俗稱“滑環(huán)”的設備來傳輸能量和數(shù)據(jù)信息。
那么，什么是滑環(huán)呢？它安裝在設備的旋轉中心，主要由轉子與定子兩大部分組成，其本質就在于內部有若干數(shù)量的電刷，這樣就可以使定子與轉子保持能量和信息的連通。
如圖所示，轉子上有若干數(shù)量導電環(huán)，定子上包含有電刷，轉子在轉動過程中，電刷始終與導電環(huán)接觸，保證了轉子與定子的電導通。
電刷傳統(tǒng)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信息，這也會大大影響激光雷達的使用壽命。傳統(tǒng)的導電滑環(huán)在連續(xù)工作時僅有數(shù)千小時壽命。
經(jīng)過多年研發(fā)與改進，思嵐科技推出的RPLIDAR系列激光雷達，完全放棄了導電滑環(huán)這個機械裝置，采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數(shù)據(jù)傳輸技術，徹底解決了因物理接觸機械磨損導致電氣連接失效、激光雷達壽命短的問題。在連續(xù)工作情況下，思嵐RPLIDAR 系列的設計使用壽命可長達5年以上。并率先采用綠光與紅外光雙光譜全雙工的模式進行信號傳輸，保證其在16K高清模式下的正常運作。
除外觀大幅改進外，RPLIDAR 系列的性能參數(shù)也有了大幅提升，采樣頻率由5Hz提升至15Hz，這也是業(yè)內低成本雷達最快的掃描頻率，而采樣次數(shù)由每秒4000次提高至16000次。
此外，思嵐科技采用圖像的方法進行激光雷達傳感器的設計，即無需測量光傳輸?shù)臅r間，而是拍攝激光到達目標物體后在攝像頭上呈現(xiàn)的畫面，根據(jù)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(fā)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。
當激光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采樣點，可快速實現(xiàn)對障礙物的響應，及時進行自主避障，在激光雷達的其他應用領域，如對激光雷達進行環(huán)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，超大屏幕的多點觸摸將會反應更快，精度更高。
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