В наше время технология LiDAR стала все более популярной и находит применение в различных сферах. Один из интересных примеров ее использования - это в роботах-пылесосах. Роботы-пылесосы сегодня уже не просто роботы, они стали умными устройствами, которые могут самостоятельно перемещаться по помещению, избегая препятствий, одновременно осуществляя уборку. А именно здесь данная технология приходит на помощь, обеспечивая им точную карту местности. Но как таким устройствам удается в точности воссоздать точное расположение предметов на плоскости - разбираемся в этой статье.
Что такое LiDAR
Применение технологии
Как робот-пылесос рисует карту
LiDAR (сокращение от английского "Light Detection and Ranging") - это технология дистанционного сканирования, которая использует лазерный свет для измерения расстояния до удаленных объектов. Она основана на принципе времени пролета лазерного импульса определенной длины волны, отраженного от поверхности объекта и вернувшегося назад. LiDAR обычно применяется для создания точных трехмерных моделей поверхности, рельефа и объектов, а также для измерения расстояний и создания карт глубины.
Похожий принцип использует RaDAR (похожее название, вместо Li - Light, Ra-Radio), только вместо направленного луча света - радары используют радиоволны. Минус такого устройства заключается в том, что радиоволны хорошо отражаются только от металлических покрытий.
В системе LiDAR используется лазерный источник света, который испускает короткие импульсы лазерного излучения в направлении искомого объекта. Когда лазерный импульс сталкивается с поверхностью объекта, он отражается обратно к датчику. Датчик-таймер фиксирует время, за которое происходит отражение и обратный возврат к датчику и на основе этой информации определяет расстояние до объекта.
Технология LiDAR все больше и больше проникает в повседневную жизнь и находит применение в различных областях. Вот некоторые из них:
- Широко используется в беспилотных автомобилях для создания трехмерных карт окружающей среды. Он помогает автомобилю "видеть" и измерять расстояния до других объектов, пешеходов, дорожных знаков и препятствий.
- Используется для создания точных цифровых моделей рельефа, 3D-карт, межконтинентальных карт высот и других географических данных. Это помогает в планировании городской инфраструктуры, управлении природными ресурсами, исследовании изменений в окружающей среде и других геопространственных приложениях. Дроны, оснащенные LiDAR-сенсорами, могут сканировать рельеф местности с высокой точностью и создавать точные цифровые модели поверхности. Это может быть полезно в геологии, гидрологии, землеустройстве, планировании градостроительства и других областях, где необходимо получить детальные данные о местности.
- Помогает в оценке запасов древесины и мониторинге состояния лесных массивов. С его помощью можно определить плотность деревьев, высоту деревьев и другие параметры, необходимые для эффективного управления лесными ресурсами.
- Используется для создания точных трехмерных моделей зданий, позволяя архитекторам, инженерам и строителям лучше понимать и визуализировать проекты. Он также может использоваться для контроля качества строительных работ и измерения точности размеров и планов.
- Применяется в робототехнике для навигации и избегания препятствий. Роботы с LiDAR-сенсорами могут "видеть" и анализировать свою окружающую среду, что позволяет им перемещаться и взаимодействовать с ней более эффективно и безопасно. Современные робот-пылесосы, такие как Roborock Q7 Max или Xiaomi Roborock S7, оснащены LiDAR-сенсорами. Эти сенсоры позволяют роботу более эффективно навигировать по помещению, создавая точные карты и планы помещения. LiDAR помогает роботу-пылесосу избегать препятствий, устанавливать оптимальные маршруты и осуществлять более точное позиционирование в пространстве.
- Подавляющее количество моделей iPhone, такие как iPhone 13 или iPhone 14, оснащены LiDAR-сенсорами, которые используются для точного определения глубины и расстояний до объектов, создания точных портретов с размытым фоном и других функций AR.
Как робот-пылесос рисует карту
Принцип работы LiDAR в роботе-пылесосе и при создании карты местности основан на использовании лазерных импульсов и измерении времени их отражения от окружающих объектов.
Устройство обычно имеет вращающийся лазерный излучатель, который испускает лазерный импульс. Когда импульс сталкивается с объектами в помещении, он отражается обратно к датчику LiDAR. Датчик измеряет время, за которое происходит обратный возврат луча света, и на основе этой информации рассчитывается расстояние до объекта. За счет вращения лазерного излучателя и считывания данных в разных направлениях, создается точная карта окружающей среды с учетом препятствий и структуры помещения. А за счет системы одновременной локализации и построения карты (SLAM), робот-пылесос сохраняет полученные данные по мере своего движения.
При обнаружении устройством препятствия, оно отмечается на плоскости относительно точки отсчета, которой чаще всего является станция подзарядки робот-пылесоса. LiDAR обеспечивает более точное восприятие окружающей среды и помогает лучше ориентироваться и взаимодействовать с ней.
Для измерения дистанции используется одометр - прибор для измерения количества оборотов колеса.
Развитие технологии LiDAR происходит и по сей день, становясь в некоторых областях незаменимой, находит свое применение в исследованиях атмосферы, измерении движения скорости и направления воздушных потоков, раннем оповещение о лесных пожарах, измерении глубины моря, поиске рыбы, спасении людей на море, водного разминирования.