مقدمة: اختيار المستشعر المناسب للروبوتات
عند التخطيط لمشروع روبوت مستودع، يُعد اختيار تقنية الاستشعار المناسبة من أهم القرارات الأولى والأكثر أهمية. يُعدّ رادار الليدار (LiDAR) ورادار الموجات المليمترية (mmWave) من أكثر الخيارات شيوعًا. لكلٍّ من التقنيتين نقاط قوة ونقاط ضعف مختلفة، ويعتمد الاختيار بينهما بشكل كبير على المتطلبات الخاصة بكل تطبيق.
غالبًا ما يتم الإشادة بتقنية LiDAR لقدراتها على رسم الخرائط ثلاثية الأبعاد عالية الدقة، والتي تسمح للروبوتات بالتنقل في بيئات معقدة مع اكتشاف العوائق بدقة. في المقابل، يوفر رادار mmWave أداءً قويًا في مجموعة متنوعة من الظروف البيئية، بما في ذلك الغبار والضباب والأمطار الخفيفة، مما يجعله مناسبًا للسيناريوهات التي يتم فيها إعطاء الأولوية للموثوقية على الدقة المكانية الدقيقة.
إن فهم هذه الاختلافات في التكلفة والدقة والمقايضات التشغيلية أمر ضروري لبناء أنظمة روبوتية فعالة وآمنة وفعالة من حيث التكلفة.
تحليل التكلفة
ليدار للمستهلك مقابل ليدار للسيارات
تختلف أنظمة LiDAR بشكل كبير من حيث التكلفة اعتمادًا على دقتها ونطاقها وتطبيقاتها المستهدفة:
ليدار للاستخدامات الاستهلاكية: صُممت هذه الوحدات لتطبيقات المبتدئين، مثل الروبوتات للهواة أو الملاحة الداخلية الأساسية. تتراوح أسعارها عادةً بين 100 و500 دولار أمريكي. ورغم أنها تقدم أداءً مقبولاً في رسم الخرائط، إلا أن دقتها المنخفضة ومداها المحدود قد لا يُلبيان المتطلبات الصناعية.
ليدار للسيارات: توفر هذه الأنظمة عالية الأداء دقةً تصل إلى سنتيمتر واحد واكتشافًا بعيد المدى يصل إلى 200 متر. صُممت هذه الأنظمة للسيارات ذاتية القيادة والروبوتات الصناعية، وتتراوح أسعارها بين 1000 دولار أمريكي وأكثر من 10000 دولار أمريكي للوحدة. وتُعدّ هذه التكلفة العالية تضحيةً بالدقة والموثوقية الفائقتين.
أسعار وحدات رادار mmWave
على النقيض من ذلك، تعد وحدات الرادار mmWave أكثر فعالية من حيث التكلفة بشكل عام، وخاصة بالنسبة للانتشار على نطاق واسع:
وحدات المستوى المبتدئ: يمكن أن تكلف أجهزة الاستشعار البسيطة بتردد 60 جيجاهرتز للكشف عن الإنسان أو استشعار الوجود ما يصل إلى 29 دولارًا أمريكيًا لكل وحدة.
الوحدات الصناعية: قد تكلف الوحدات المتقدمة ذات الهوائيات المتكاملة والقنوات المتعددة ومعالجة الإشارات المتطورة حوالي 10 إلى 20 دولارًا أمريكيًا لكل وحدة بكميات كبيرة ( رادار TI mmWave ).
وتجعل هذه الميزة الكبيرة من حيث التكلفة رادار mmWave جذابًا بشكل خاص للمشاريع التي تشكل قيود الميزانية فيها مصدر قلق، أو عند نشر روبوتات متعددة عبر مساحات مستودعات كبيرة.
مقارنة الدقة
الدقة والمدى
يوفر ليدار سحبًا نقطية ثلاثية الأبعاد عالية الدقة، تُمكّن الروبوتات من إدراك محيطها بتفاصيل دقيقة. يُعدّ هذا المستوى من الدقة بالغ الأهمية في البيئات الكثيفة ذات مسارات التنقل الضيقة، أو في التطبيقات التي تتطلب التعرف على الأشياء والتحكم بها.
رادار الموجات المليمترية، على الرغم من دقته المكانية المنخفضة، قادر على كشف الأجسام بدقة عالية على مسافات متوسطة إلى طويلة. وتستطيع موجاته الرادارية اختراق الغبار والأمطار الخفيفة وغيرها من العوائق البيئية، وهو أمر بالغ الأهمية في المستودعات أو البيئات الصناعية حيث قد تختلف الظروف البيئية.
على سبيل المثال، يستطيع روبوت مستودع مُجهز بتقنية LiDAR التنقل في الممرات الضيقة واكتشاف الأجسام الصغيرة كالصناديق أو المنصات النقالة. قد يكون الروبوت المُجهز برادار mmWave أقل دقةً بقليل، ولكنه سيتمكن من اكتشاف العوائق الكبيرة والرافعات الشوكية المتحركة والبشر باستمرار، بغض النظر عن الغبار أو ظروف الإضاءة المنخفضة.
القدرة على التكيف البيئي
يمكن أن يتدهور أداء LiDAR في ظل الظروف البيئية المعاكسة مثل الضباب أو الغبار الكثيف أو الأسطح العاكسة. يحافظ رادار mmWave على الكشف المتسق في هذه المواقف، مما يوفر طبقة أمان موثوقة للروبوتات المستقلة ( Linpowave ).
وتجعل هذه القدرة على التكيف من رادار mmWave خيارًا مفضلًا للبيئات ذات الإضاءة المتغيرة، أو الجسيمات المحمولة جوًا، أو العوائق المؤقتة، مما يضمن أن الروبوت يمكنه الحفاظ على التشغيل الآمن.
المقايضات
استهلاك الطاقة
تستهلك وحدات LiDAR عادةً المزيد من الطاقة بسبب الليزر وآليات المسح المستخدمة، مما قد يؤثر على وقت تشغيل الروبوتات التي تعمل بالبطارية. على النقيض من ذلك، تم تصميم وحدات الرادار mmWave لاستهلاك منخفض للطاقة، مما يجعلها مثالية للروبوتات المتنقلة والطائرات بدون طيار التي تحتاج إلى العمل لفترات طويلة دون إعادة شحن متكررة ( رادار TI mmWave ).
الحجم والتكامل
يمكن أن تكون أنظمة LiDAR، وخاصة تلك التي تغطي 360 درجة، ضخمة وتتطلب وضعها بعناية على هيكل الروبوت. وحدات الرادار mmWave صغيرة الحجم وخفيفة الوزن، مما يسمح بتكامل أسهل في مجموعة واسعة من المنصات الروبوتية، من الطائرات بدون طيار الصغيرة إلى روبوتات المستودعات الكبيرة.
أمثلة على الحالات
روبوتات المستودعات
يُستخدم الليدار على نطاق واسع في روبوتات المستودعات لإدارة المخزون والملاحة وتجنب العوائق. يتيح رسم الخرائط عالي الدقة للروبوتات المناورة بدقة في الممرات الضيقة وتتبع مواقع المنصات أو البضائع. ومع ذلك، قد تؤدي حساسيته للعوامل البيئية، مثل الغبار أو الأسطح العاكسة، إلى انخفاض في الأداء أحيانًا.
قد تكون دقة رسم الخرائط لدى روبوتات المستودعات المجهزة برادار الموجات المليمترية أقل قليلاً، لكنها تتميز برصد دقيق للأجسام المتحركة، مثل الرافعات الشوكية أو الأفراد، حتى في المناطق المتربة أو ذات الإضاءة الخافتة. وهذا يجعلها مناسبة بشكل خاص لظروف المستودعات الحقيقية.
طائرات بدون طيار
تستفيد الطائرات بدون طيار من متانة رادار الموجات المليمترية في الظروف البيئية. على سبيل المثال، تستطيع طائرات التفتيش بدون طيار التي تحلق في المناطق الصناعية الضبابية أو المتربة اكتشاف العوائق بأمان والحفاظ على مسارات طيران مستقرة، بينما قد تتطلب الطائرات بدون طيار المجهزة بتقنية الليدار ظروفًا أكثر وضوحًا لتحقيق نفس مستوى الأداء.
التعليمات
س1: هل يمكن أن يحل رادار mmWave محل LiDAR في جميع التطبيقات الروبوتية؟
ج١: ليس تمامًا. على الرغم من موثوقية رادار الموجات المليمترية في ظل الظروف البيئية الصعبة، إلا أنه يوفر دقة مكانية أقل. قد تحتاج التطبيقات التي تتطلب رسم خرائط ثلاثية الأبعاد مفصلة أو تمييزًا دقيقًا للأجسام إلى تقنية الليدار.
س2: كيف تتم مقارنة تكلفة LiDAR مع رادار mmWave لأسطول من الروبوتات المستودعات؟
ج2: بالنسبة للنشر على نطاق واسع، يمكن أن تتصاعد تكاليف LiDAR بسرعة إلى عشرات الآلاف من الدولارات، في حين يمكن شراء وحدات رادار mmWave بكميات كبيرة مقابل جزء بسيط من السعر، مما يجعلها أكثر ملاءمة للميزانية.
س3: ما هو المستشعر الأفضل للروبوتات الخارجية المعرضة للمطر أو الضباب؟
A3: يتفوق رادار mmWave على LiDAR في الطقس السيئ بسبب قدرته على اختراق المطر والضباب والغبار، مما يضمن اكتشاف العوائق بشكل أكثر اتساقًا.
س4: هل يمكن استخدام رادار LiDAR و mmWave معًا؟
ج٤: نعم، تزداد شعبية الأنظمة الهجينة. يوفر الليدار رسم خرائط عالية الدقة، بينما يُعزز رادار الموجات المليمترية متانة النظام في الظروف الصعبة، جامعًا بين نقاط قوة التقنيتين.
س5: ما هي متطلبات الطاقة النموذجية لهذه المستشعرات؟
ج5: يمكن لوحدات LiDAR أن تستهلك عشرات الواط، مما قد يحد من عمر البطارية. تستهلك وحدات الرادار mmWave عمومًا أقل من 1 إلى 5 وات، وهو ما يعتبر أكثر كفاءة للروبوتات المتنقلة.
الاستنتاج: مطابقة التكنولوجيا للتطبيق
يعتمد الاختيار بين رادار LiDAR و mmWave على المتطلبات المحددة لمشروعك:
LiDAR: مثالي لرسم الخرائط عالية الدقة في البيئات الخاضعة للرقابة، وخاصة حيث تكون الدقة المكانية الدقيقة ضرورية.
رادار mmWave: هو الأنسب للسيناريوهات التي تكون فيها التكلفة والموثوقية في البيئات المتغيرة وكفاءة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية.
بالنسبة لروبوتات المستودعات، يُمكن لدمج التقنيتين توفير حل متوازن، مستفيدًا من دقة الليدار ومتانة رادار الموجات المليمترية. بمواءمة اختيار المستشعر مع الاحتياجات التشغيلية، يُمكن للمهندسين بناء أنظمة روبوتية أكثر أمانًا وكفاءةً وفعاليةً من حيث التكلفة.