Esplorare il ruolo del LiDAR nei robot mobili autonomi (AMR)
Cos'è il 2D TOF LiDAR e come funziona negli AMR?
Rilevamento LiDAR 2D
2D TOF LiDAR (Two-Dimensional Time of Flight LiDAR) è un sistema radar laser basato sul principio del tempo di volo (TOF), utilizzato per misurazioni spaziali bidimensionali. Funziona emettendo un raggio laser verso un bersaglio e misurando il tempo impiegato dal laser per essere emesso, riflesso dal bersaglio e restituito (vale a dire, il tempo di volo) per calcolare con precisione la distanza tra il bersaglio e il LiDAR. Il segnale riflesso, una volta elaborato, fornisce informazioni sulla distanza del bersaglio. Incorporando il meccanismo di scansione del LiDAR (come uno specchio rotante o una scansione lineare), il sistema può determinare ulteriormente la posizione del bersaglio (vale a dire, l'azimut) nel piano bidimensionale.
Robot mobili autonomi (AMR)
Quando si parla di AMR, spesso si pensa a un altro concetto correlato: gli AGV.
AGV, che sta per "Automated Guided Vehicle", è un tipo di veicolo che può muoversi automaticamente lungo un percorso guida predefinito, solitamente utilizzato per assistere nel trasporto di oggetti. Gli AGV seguono un percorso guida impostato e, se incontrano un ostacolo durante il movimento, si fermano e aspettano che l'ostacolo venga rimosso prima di continuare lungo il percorso preimpostato per completare l'attività di trasporto.
AMR, che sta per "Autonomous Mobile Robot", realizza un movimento senza traccia tramite navigazione autonoma e può spesso essere dotato di bracci robotici per migliorare le capacità di gestione degli oggetti. Gli AMR possono confrontare il loro attuale percorso di movimento con una mappa pre-memorizzata in tempo reale. Se durante il movimento appare un ostacolo, il sistema ricalcolerà immediatamente il percorso migliore per evitarlo e raggiungere la posizione designata.
I metodi di movimento autonomo più comuni per gli AMR includono la navigazione LiDAR (LiDAR SLAM) e la navigazione visiva (Visual SLAM). Questo articolo si concentrerà sulla navigazione LiDAR per gli AMR.
Rilevatore di movimento LiDAR LD-05D 2D
Il LiDAR TOF LD-05D 2D di DADISICK è dotato di una funzione di autoapprendimento, che consente agli utenti di impostare l'area di lavoro tramite il software "LD Designer". Premendo e tenendo premuto il pulsante "autoapprendimento" per 3 secondi, il dispositivo entra in modalità di autoapprendimento. In questa modalità, il LiDAR 2D esegue una scansione laser orizzontale per acquisire rapidamente le informazioni del contorno 2D dell'ambiente circostante il robot, utilizzando il contorno scansionato per definire i confini dell'area di lavoro.
Funzioni chiave del LiDAR 2D TOF nei sistemi AMR
Scansione radar:
Il LiDAR 2D esegue la scansione del piano orizzontale emettendo raggi laser e ricevendo i segnali riflessi dagli oggetti circostanti. Questi segnali vengono utilizzati per misurare la distanza e l'angolo (tipicamente l'azimut) tra gli oggetti e il radar.
Generazione di nuvole di punti:
Durante il processo di scansione, i punti dati raccolti dal radar (distanza e angolo) vengono convertiti in una nuvola di punti in un sistema di coordinate 2D. Questi punti dati della nuvola di punti rappresentano le posizioni e le forme degli oggetti all'interno del piano di scansione del radar.
Costruzione della mappa:
Sulla base dei dati del point cloud, è possibile generare una mappa 2D dell'ambiente. Questa mappa può essere sotto forma di mappa a griglia di occupazione, in cui ogni cella della griglia rappresenta una piccola area dell'ambiente ed è contrassegnata come libera (navigabile), occupata (ostruita) o sconosciuta in base ai dati radar.
Navigazione autonoma
Per gli AMR dotati di LiDAR 2D, vengono in genere utilizzati algoritmi adatti ad ambienti 2D, come gmapping, hector, karto e cartographer. Questi algoritmi sfruttano i dati forniti da LiDAR 2D per la costruzione di mappe e la localizzazione dei robot.
Durante il processo SLAM, l'AMR utilizza i dati ambientali catturati dal LiDAR 2D, combinati con gli algoritmi SLAM, per costruire progressivamente una mappa 2D dell'ambiente di lavoro. Questa mappa non include solo la posizione degli ostacoli, ma può anche includere muri, corridoi e altre caratteristiche ambientali.
Con la mappa iniziale e i dati ambientali in tempo reale, l'AMR può ottenere una localizzazione più precisa utilizzando algoritmi SLAM. Sulla base della mappa costruita, l'AMR può eseguire la pianificazione del percorso, selezionando il percorso ottimale per evitare gli ostacoli e raggiungere la posizione di destinazione.
Quando si verificano cambiamenti ambientali (come la comparsa di nuovi ostacoli o il blocco dei percorsi), l'AMR utilizzerà dati LiDAR 2D e algoritmi SLAM per aggiornare la mappa e ripianificare il percorso. Attraverso questo meccanismo di adattamento dinamico, l'AMR mantiene una navigazione autonoma continua e stabile.
Considerazioni:
Poiché il LiDAR 2D esegue la scansione solo su un piano orizzontale, non può fornire informazioni sull'altezza degli ostacoli, il che potrebbe limitare le capacità di navigazione dell'AMR in alcune situazioni, in particolare quando l'altezza dell'ostacolo influisce in modo significativo sulla percorribilità del robot. Tuttavia, in molti scenari di movimento su un piano 2D (come ambienti interni e aree esterne pianeggianti), il LiDAR 2D è sufficiente per le esigenze di mappatura e navigazione.
Integrazione LiDAR 2D TOF con altri sensori e tendenze future
Il LiDAR può anche essere integrato con altri sensori, come telecamere e sensori a ultrasuoni, per migliorare le prestazioni complessive degli AMR. Ad esempio, nel sistema anticollisione di un AMR, i sensori a ultrasuoni possono integrare il LiDAR migliorando la capacità del robot di rilevare oggetti a bassa riflettività e adattarsi a condizioni ambientali specifiche. Inoltre, in scenari che richiedono un rilevamento a distanza ravvicinata, come gli spazi tra il robot e gli scaffali, i sensori a ultrasuoni possono svolgere un ruolo cruciale.
Distanza di 5 m. Una tecnica che utilizza un raggio laser per misurare la distanza e creare mappe dettagliate di oggetti e ambienti.
Campo di rilevamento 20 m, una tecnica che utilizza un raggio laser per misurare la distanza e creare mappe dettagliate di oggetti e ambienti.
Campo di rilevamento: 30-300 mm, 50-500 mm, 60-1000 mm Materiale: placcatura in rame nichelato, raccordi in plastica Tipo di connessione: connettore M12 a 5 pin
Campo di rilevamento: 100-2000 mm, 200-4000 mm, 350-6000 mm Materiale: placcatura in rame nichelato, raccordi in plastica Tipo di connessione: connettore M12 a 5 pin
