Cảm Biến LiDAR là gì? Nguyên lý hoạt động? Tính ứng dụng trong Robotics

Cảm biến LiDAR là viết tắt của “light detection and ranging” (phát hiện và đo khoảng cách bằng ánh sáng). Công nghệ này đôi khi còn được gọi là “laser scanning” (quét laser) hoặc “3D scanning” (quét 3D). Công nghệ này sử dụng các tia laser an toàn cho mắt để tạo ra một bản đồ 3D của môi trường được khảo sát.

Lidar được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm ô tô, cơ sở hạ tầng, robot, xe tải, UAV/máy bay không người lái, công nghiệp, lập bản đồ, và nhiều lĩnh vực khác. Vì lidar là nguồn sáng của riêng nó, công nghệ này mang lại hiệu suất mạnh mẽ trong nhiều điều kiện ánh sáng và thời tiết khác nhau.

Dưới đây là một số điểm cơ bản về cảm biến LiDAR cho robot:

Nguyên Lý Hoạt Động

Cảm biến LiDAR hoạt động bằng cách phát ra tia laser và đo thời gian mà tia này phản xạ lại từ các vật thể xung quanh để xác định khoảng cách và hình dạng của chúng. Bằng cách quét laser từ nhiều góc độ khác nhau, LiDAR có thể tạo ra một hình ảnh 3D chính xác của môi trường trong thời gian thực. Việc lặp lại quá trình này hàng triệu lần mỗi giây cho phép máy tính tích hợp sử dụng bản đồ 3D này để định vị và phản ứng với các điều kiện thay đổi trong môi trường.

Các Loại Cảm Biến LiDAR

LiDAR Xoay Quét: Các cảm biến này quay để quét môi trường xung quanh, thu thập dữ liệu 3D trên một diện tích rộng. Chúng thường được sử dụng trong xe tự hành và máy bay không người lái, cung cấp nhận thức tình huống toàn diện.

LiDAR Tĩnh: Không giống như cảm biến xoay, cảm biến LiDAR tĩnh được gắn cố định và không quay. Chúng lý tưởng để giám sát các khu vực cụ thể hoặc trong các ứng dụng mà phạm vi di chuyển bị hạn chế.

Flash LiDAR: Trên thực tế, nó hoạt động giống như một máy ảnh flash, bằng cách mở rộng chùm tia laser để chiếu sáng cảnh. Không giống như LiDAR quét, chúng không xây dựng đám mây điểm từng điểm, cũng không từng lớp, mà bằng cách tạo ra toàn bộ đám mây điểm 3D trong một lần chiếu flash.

Tính Ứng Dụng Của Cảm Biến LiDAR Trong Công nghệ Robotics

Sự tích hợp của LiDAR trường gần đang cách mạng hóa cách robot tương tác với môi trường xung quanh và thực hiện các nhiệm vụ phức tạp trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Di chuyển linh hoạt:

Trong các nhà máy và kho hàng, robot được trang bị LiDAR trường gần có thể di chuyển trong không gian chật hẹp với độ chính xác cao, tránh chướng ngại vật và đảm bảo an toàn cho công nhân. Những con robot này có thể nhanh chóng thích nghi với những thay đổi của môi trường, chẳng hạn như chướng ngại vật đột ngột trên sàn nhà máy hoặc công nhân băng qua đường đi của chúng.

Giám sát tải và quét đường dây:

Cảm biến LiDAR trường gần đóng vai trò then chốt trong việc giám sát tải trọng và quét đường trong robot. Các cảm biến này có khả năng cung cấp dữ liệu 3D chính xác về các vật thể và tải trọng. Dữ liệu này vô cùng có giá trị đối với các robot tham gia vào các nhiệm vụ như xử lý vật liệu, đảm bảo tải trọng được định vị và cân bằng chính xác. Với dữ liệu từ LiDAR, robot có thể theo dõi tải trọng theo thời gian thực, thực hiện các điều chỉnh ngay lập tức để duy trì phân bổ tải trọng tối ưu.

Phát hiện chướng ngại vật:

Phát hiện chướng ngại vật là một thành phần quan trọng của hoạt động an toàn và hiệu quả của robot. Cảm biến LiDAR trường gần có thể xác định chướng ngại vật trên đường đi của robot với độ chính xác cao. Công nghệ này không chỉ giúp ngăn ngừa va chạm mà còn cho phép robot thích nghi với môi trường linh động hơn bằng cách lập kế hoạch các tuyến đường thay thế hoặc tránh chướng ngại vật theo thời gian thực.

Phát hiện va chạm:

Việc tích hợp LiDAR trường gần cho phép robot phát hiện và phản ứng với các va chạm tiềm ẩn với tốc độ và độ chính xác đặc biệt. Điều này đặc biệt có giá trị khi robot làm việc cùng con người hoặc trong môi trường đông dân cư. Bằng cách xác định sớm các va chạm tiềm ẩn, robot có thể dừng hoặc điều chỉnh quỹ đạo của mình, giảm thiểu rủi ro về an toàn.

Xác định vật thể:

Trong hậu cần và kho bãi, việc sử dụng LiDAR trường gần để lấy hàng đang hợp lý hóa quy trình. Công nghệ này cho phép robot di chuyển qua các kệ lưu trữ, xác định đúng mặt hàng cần lấy và xử lý chúng một cách chính xác. Sự kết hợp giữa khả năng nhận diện không gian của LiDAR và khả năng nhận dạng đối tượng giúp nâng cao hiệu quả thực hiện đơn hàng đồng thời giảm thiểu lỗi xảy ra.

Ưu Điểm và Nhược Điểm Của Công Nghệ LiDAR

Ưu điểm

• Dữ liệu có thể được thu thập nhanh chóng và với độ chính xác cao
• LiDAR có thể tích hợp với các cảm biến khác: sonar, camera, IMU, GPS, cảm biến ToF
• Công nghệ LiDAR có thể được sử dụng trong điều kiện ban ngày hoặc trong bóng tối, nhờ vào cảm biến chiếu sáng chủ động
• Có thể được sử dụng để thu thập dữ liệu về những địa điểm không thể tiếp cận
• LiDAR nhanh và có độ chính xác cao. Đây là một công cụ tuyệt vời để thu thập dữ liệu về các khu vực có diện tích rộng lớn
• Khi được thiết lập đúng cách, LiDAR là một công nghệ tự động và có thể tự chạy
• Dễ dàng tích hợp với các hệ thống robot hiện có qua Ethernet hoặc USB.

Nhược điểm

• LiDAR có thể đắt tùy thuộc vào thông số kỹ thuật mà dự án yêu cầu
• LiDAR không hiệu quả khi trời mưa lớn, mây thấp, nếu môi trường của bạn có sương mù hoặc khói hoặc sử dụng các vật cản trong suốt
• Phân tích khối lượng lớn dữ liệu được thu thập có thể tốn thời gian và tài nguyên
• Các chùm tia laser mạnh được sử dụng trong một số LiDAR có thể gây hại cho mắt người
• Khó khăn để thâm nhập vào vật chất có mật độ cao

Cảm biến LiDAR đang thay đổi bức tranh tổng thể của robotics và tự động hóa. Khả năng cung cấp dữ liệu môi trường chi tiết, chính xác và thời gian thực khiến chúng trở thành công cụ không thể thiếu trong việc phát triển các hệ thống tự động hiện đại. Dù được sử dụng trong xe tự hành, robot công nghiệp hay máy bay không người lái, công nghệ LiDAR giúp nâng cao tính an toàn, hiệu quả, mở đường cho các giải pháp robot tiên tiến và khả thi hơn đáp ứng nhu cầu tự động hóa toàn phần.

Xem thêm:

Robots Inovance

Robots Universal