激光雷达导航技术的优势都有哪些？请说具体一点！

Posted 2023-05-17

杭州艾豆智能激光SLAM 智能扫地机器人开源系统

一、说明
杭州艾豆智能科技有限公司，专注于机器人的室内定位与导航、自主运动，智能避障和视觉技术的研究。在SLAM算法，扫地机的运动控制，视觉等技术领域有六年多技术积累。
我们致力于为高性能消费级机器人提供室内定位导航及视觉解决方案，主要的产品有：360°扫描激光雷达SLAM定位导航套件，固定式激光雷达定位导航套件，及深度摄像头定位导航套件，陀螺仪惯导套件、智能扫地机器人控制主板、通用型激光SLAM 机器人底盘，智能消毒机器人。
我们积累了丰富的智能机器人室内导航定位系统，产品广泛应用与智能扫地机器人，智能全自动消毒机器人。
杭州艾豆智能，基于激光SLAM的智能扫地机人源码是一套完整的量产的源码。基于STM32和linux下C语言开发，基于本代码可以创建完整的商业级激光SLAM智能扫地机器人。
二、功能简介
1．功能
杭州艾豆智能科技有限公司的激光SLAM智能扫地机人源码，具备完整的智能扫地机器人功能，功能包括。
1）LDS激光雷达360度全方位扫描，10赫兹自适应扫描频率。
2）不低于8米的测距范围，测量量程1%的解析。
3） Class 1 激光安全标准。
4）激光SLAM定位，建图，导航功能。
5）快速全屋扫描地图算法，快速生成室内二维地图。
6）弧形掉头，工字清扫功能。
7）沿边清扫功能，支持激光沿边和红外沿边。
8）红外碰撞，碰撞块处理机制。
9）悬崖传感器，跌落计算处理。
10） 以房间为单位划分区域，智能清扫策略，路径规划功能。
11） 计算导航路径，导航算法。
12） 后轮电机、滚刷电机、边刷电机，风机的驱动和调速功能。
13） 后轮电机、滚刷电话，边刷电机，风机堵转保护功能。
14） 自动回充对接充电桩功能。
15） APP地图显示、控制功能。
16） 遥控器功能
17） 手动遥控功能
18） 智能避障
19） 预约功能
20） 虚拟墙功能
21） 禁区功能
22） 指哪去哪功能。
23） 区域清扫功能
24） 断点续扫功能。
25） 智能语音功能。
26） OTA远程升级功能

2．技术特色
杭州艾豆智能科技有限公司激光SLAM智能扫地机器人采用自持专利算法，有别其他开源项目。
1) 完全自主知识产权激光SLAM算法。
2) 不采用传统开源SLAM算法，无需操作系统支持，支持裸奔，支持嵌入式linux，抛弃臃肿的ubuntu和ROS系统。
3) 快速识别门和房间，全屋快速扫描，生成地图算法。适用于室内自动扫描建图系统。
4) 快速重定位功能，只要建好图，机器人随便扔，都能快速拟合重定位。

三、系统结构
1．系统结构
本激光SLAM导航智能扫地机器人系统由以下单元组成：
1) 主控系统
2) 激光SLAM算法板
3) 传感器板
4) 电机驱动器

系统结构图如下：

2．主控系统
主控系统采用STM32或GD32系统，用于电机运动控制和清扫策略计算，以及各个传感器的数据采集，分析。

3．激光SLAM算法板
激光SLAM算法板实现SLAM算法，房屋识别，门识别，分区算法。

4．传感器模块
传感器模块用于采集各种外围传感器数据。

电机控制模块
电机控制模块用于控制左行动轮，右行动轮，边刷电机，滚刷电机，风机，并通过编码器反馈形成电机闭环控制。
反馈监视电机电流，以便主控系统计算电机堵转。

四、快速入门
1．快速使用
从艾豆智能科技有限公司获取到激光SLAM智能扫地机器人源码。源码分三部分：
1) 主控板源码，采用Keil uVision编译。
2) SLAM算法源码，基于linux编译。
3) APP代码，基于linux编译。

第一步：打开主控板源码。
使用Keil uVision V5.21.1.0打开“RE830\USER”目录下的irobot.uvprojx 文件，编译，生成hex或bin文件，烧录hex或bin文件。
本代码使用Source Insight编辑，建议使用者也采用SI编辑，如使用Keil编辑，可能会存在代码不对齐的情况。
第二步：打开SLAM源码：
进入slam 的build目录，执行make命令，生成slam文件，将slam
文件通过网络上传到linux算法板的update目录下。
第三步：打开APP源码。
在linux下，进入app的build目录，执行make命令，生成app文件，将app上传到linux算法板的update目录下。

重启系统，听到“系统载入中”的语音，稍后，开始按键，配网，使用APP进行控制，建图。 参考技术A 雷达依靠发射脉冲(波形)获取信息，反之发射和回波信号决定了信息的内容和质量。一般情况下，频率越高的信号能承载的信息和分辨力也会更高。因此，目前的激光雷达相比毫米波雷达的主要优势就体现在分辨率上。
但另一方面，激光雷达可以精确地分辨单点位置，却难以同时获得整个场景信息，而需要其他机械的或电气的结构实现场景扫描，导致整体分辨率受到其他因素影响，尤其在远距离处较差。毫米波雷达也需要依赖天线和波形的设计，以及合成孔径等方法进行成像，因此分辨率也会收到其他系统参数相关，但分辨率往往不受距离影响，可以形成连续的场景影像。不过，综合目前的技术水平来看，激光雷达在分辨率上的优势仍然远高于毫米波雷达。
另外，高频的激光信号可以直接分辨，往往对数据处理的要求就更低，有利于实时成像处理。毫米波信号往往经过调制，回波还要经过一系列模拟和数字信号处理才能得到结果，因此需要搭配复杂的后端处理系统。
至于激光的波长，其主要受到器件、激光波束的安全性与其他一些约定的限制。

激光雷达的应用领域 你都了解多少？

历经40余年的发展，激光雷达技术已从最初的激光测距技术，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，因此出现了各种不同种类的激光雷达，被广泛应用于各个领域，激光雷达在很多年前，并未被大众所熟知，直至近年来机器人和无人驾驶技术的兴起，激光雷达才逐渐进入人们的视野，在一开始激光雷达不只为机器人（包括无人驾驶）而诞生，它还被广泛应用于VR/AR、智慧交通、海洋探索和渔业资源监测、3D打印等领域。

机器人领域——帮助机器人实现自主定位导航

自主定位导航是机器人实现自主行走的必备技术，不管什么类型的机器人，只要涉及到自主移动，就需要在其行走的环境中进行导航定位，但传统的定位导航方法由于智能化水平较低，没有解决定位导航的问题，直至激光雷达的出现，在很大程度上化解了这个难题，机器人采用的定位导航技术是以激光雷达SLAM为基础，增加视觉和惯性导航等多传感器融合的方案帮助机器人实现自主建图，路径规划、自主避障等任务，它是目前性能最稳定、可靠性最强的定位导航方法，且使用寿命长，后期改造成本低。

扫地机器人是目前单线激光雷达应用最广泛的领域，激光雷达配合slam算法，可以让扫地机器人在房间里实现智能清扫，清扫的过程中绘制地图，实时传输到手机APP，就算用户不在家，也可以通过手机APP查看清扫情况，以及安排其他地方清扫。

无人车领域——自主感知道路环境及规划路线

在无人车领域，激光雷达主要以多线数为主，作用与机器人领域相当，主要是帮助汽车自主感知道路环境，自动规划行车路线，并控制车辆到达预定的目标。激光雷达是怎么帮汽车识别路口与方向呢？激光雷达使用的技术是飞行时间，就是根据激光遇到障碍物后的折返时间，计算目标与自己的相对距离。激光光束可以准确测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离，这些轮廓信息组成所谓的点云并绘制出3D环境地图，精度可达到厘米级别，从而提高测量精度。

说到无人车领域，业内人士都知道Velodyne 64线“大花盆”，它是自动驾驶的宠儿，HDL-32线、VLP-16线激光雷达也是原型车上的热门激光雷达。

无人机领域——规避障碍物

目前，激光雷达在低空飞行直升机障碍物规避方面已进入实用阶段，在其他军事应用研究领域也日趋成熟。直升机在进行低空巡逻飞行时，极易与地面小山或建筑物相撞。为此，研制能规避地面障碍物的直升机机载雷达是人们梦寐以求的愿望。目前，这种雷达已在美国、德国和法国获得了成功。

美国研制的直升机超低空飞行障碍规避系统，使用固体激光二极管发射机和旋转全息扫描器可检测直升机前很宽的空域，地面障碍物信息实时显示在机载平视显示器或头盔显示器上，为安全飞行起了很大的保障作用。

AR/VR领域——精准定位三维空间位置

VR/AR也是最近几年火起来的，市场前景可观。VR一体机、智能眼镜等产品已经面市，AR眼镜、AR头显的应用也是非常之广。

在用到AR头显进行的游戏中，运用的空间感知定位技术里面会用到激光雷达和许多配套的光学传感器，通过SLAM技术（即时定位与地图构建），精准定位自己在三维空间中的位置，增强在游戏中的真实体验感。

海洋生物——海洋探索和渔业资源监测

激光雷达与海洋生物相关的应用主要体现在渔业资源调查和海洋生态环境监测两方面。前者常采用蓝绿脉冲光作为激发光源，通过对激光回波信号的识别提取以获得鱼群分布区域和密度信息，结合偏振特征分析可对鱼群种类进行识别；后者常采用海洋激光荧光雷达，通过对激光诱导目标物发射的荧光等光谱信号的探测分析以获得海洋浮游生物及叶绿素等物质的种类和浓度分布信息。

近年来，环境问题广受大家关注，而对海洋环境的保护已成共识，海洋激光雷达作为一种先进的海洋探索与监测手段，已经成为主流。

3D打印——扮演测量、监控等角色

在3D打印里面也会有用到激光雷达的地方，如之前很火的Printoptical3D打印技术本质上是一种“从CAD设计到光学部件”的一站式技术，其打印出来的光学部件不需要进行像抛光、研磨和着色这样的后处理。这种技术主要基于成熟的宽幅工业喷墨打印设备，通过紫外线固化的透明聚合物液滴喷射出来，然后被集成在打印头上的强紫外线灯固化，最终可以形成各种各样的几何形状，激光雷达在这里面扮演者测量、监控等角色。

激光雷达除了以上应用领域，未来仍有更多的应用空间可拓展，针对不同的场景，对激光雷达的要求也不同，未来，在机器人领域激光雷达仍有上升空间，随着技术的成熟，未来激光雷达市场可期。