В робототехнической навигации выбор правильных датчиков имеет решающее значение: что выбрать: лидар или радар миллиметрового диапазона? В условиях стремительного развития промышленной автоматизации, складской логистики и потребительских роботов выбор датчика влияет на точность навигации, надежность и общую производительность системы. В этой статье представлен подробный анализ, примеры практического применения и технические рекомендации, которые помогут разработчикам и инженерам.
Почему выбор датчика имеет значение
Роботы используют датчики для восприятия окружающей среды, планирования маршрута и избегания препятствий. Типичные области применения включают складские транспортные роботы, автоматически управляемые транспортные средства (AGV) и роботы-уборщики. Эффективность работы датчиков напрямую влияет на безопасность навигации, эффективность и надежность системы.
LiDAR (Light Detection and Ranging) создаёт высокоточные облака точек, обеспечивая точность до миллиметра для картографирования и планирования маршрута. Он высокоэффективен в сложных условиях и позволяет избегать препятствий в режиме реального времени. Однако LiDAR, как правило, дорог и чувствителен к погодным условиям, таким как дождь, снег, туман, пыль и яркий солнечный свет. Его эффективность может значительно снижаться в неблагоприятных условиях.
Радар миллиметрового диапазона (мм-волн) , работающий в диапазоне частот 60–120 ГГц, обеспечивает высокую проникающую способность и меньше подвержен влиянию окружающей среды. Он надёжно работает в любых погодных условиях, потребляет меньше энергии и имеет более низкую стоимость, что делает его пригодным для крупномасштабного развертывания или использования в потребительских целях. Недостатком миллиметрового диапазона является более низкое угловое разрешение, что ограничивает его способность обнаруживать небольшие препятствия, такие как тонкие провода, края стекла или углы мебели.
Обсуждение на Reddit в разделе r/robotics в июне 2025 года освещает эту дискуссию. Один из разработчиков спросил: «Стоит ли инвестировать в лидар или миллиметровый радар для проекта складского робота?» В теме было представлено подробное сравнение стоимости, точности и надёжности, иллюстрирующее практические проблемы, с которыми сталкиваются инженеры-робототехники.
Основные технические концепции
Робототехническая навигация : автономное передвижение в помещениях и на открытом воздухе, требующее обнаружения препятствий, планирования пути и адаптивных стратегий движения.
SLAM (одновременная локализация и картографирование) : базовая навигационная технология, позволяющая роботам картографировать незнакомые места и одновременно определять своё местоположение. Сочетание высокоточных облаков точек LiDAR с надёжными измерениями расстояний миллиметрового радара повышает надёжность SLAM.
Компромиссы при выборе сенсоров : разработчикам необходимо найти баланс между стоимостью, точностью, частотой обновления и адаптивностью к окружающей среде. Высокоточный лидар обеспечивает подробные карты, но стоит дороже; радар миллиметрового диапазона экономически эффективен и всепогоден, но ограничен в угловом разрешении. Слияние данных нескольких сенсоров становится всё более стандартным в робототехнике.
Технические проблемы и решения
Угловое разрешение : радар миллиметрового диапазона имеет более низкое разрешение для обнаружения небольших препятствий. Складские роботы, перемещающиеся по узким проходам, могут не обнаружить тонкие края полок с помощью одного датчика радара. Интеграция радара с камерами или лидаром может обеспечить необходимую точность для обнаружения мелких препятствий.
Чувствительность к погодным условиям и освещению : на работу лидара влияют солнечный свет, слабая освещенность, дождь или туман. Радар миллиметрового диапазона проникает в эти условия окружающей среды, обеспечивая надежное измерение расстояния. В промышленных системах часто используется сочетание радара с визуальным SLAM для надежной навигации в любых погодных условиях.
Слияние данных : отдельные датчики редко отвечают всем требованиям навигации. Системы слияния данных (IMU + камера + LiDAR/миллиметровый радар) объединяют облака точек, данные о движении и измерения расстояния радиолокационными датчиками для надежной и точной навигации. Этот подход широко применяется на складах, в роботизированных транспортных средствах и автономных прототипах.
Приложения
Промышленные роботы и складская логистика
Лидар обеспечивает высокоточное картографирование и планирование маршрута. Радар миллиметрового диапазона обнаруживает препятствия на большом расстоянии и обеспечивает всепогодную работу. Например, радарные датчики Linpowave могут обнаруживать движущихся рабочих и погрузчики на складах, повышая безопасность и эффективность работы.Роботы-уборщики потребительского класса
Недорогие модули mmWave эффективно обнаруживают прозрачные или слабоотражающие препятствия, такие как стеклянные двери или края мебели, снижая риск столкновений по сравнению с инфракрасными системами или системами, использующими только камеру.Системы SLAM на основе термоядерного синтеза
Сочетание инерциального измерительного блока (IMU), камеры и миллиметрового радара в системах SLAM обеспечивает точную локализацию и надежное восприятие обстановки в любых погодных условиях. Такое сочетание повышает стабильность навигации и снижает зависимость от любого отдельного датчика.
Рынок и будущие тенденции
Робототехническая навигация развивается в сторону взаимодополняющего подхода «LiDAR + mmWave» , а не просто выбора между одним и другим. Низкая стоимость, низкое энергопотребление и всепогодность радара mmWave дополняют высокоточное картографирование LiDAR. Ожидается, что в потребительской и логистической робототехнике навигация на основе синтеза станет основной. Кроме того, способность радара mmWave обнаруживать микродвижения открывает новые возможности для мониторинга безопасности, обхода препятствий и взаимодействия человека и робота.
Заключение
У лидара и миллиметрового радара есть свои преимущества и ограничения. Высокоточное картографирование основано на лидаре, в то время как всепогодное восприятие и экономическая эффективность зависят от миллиметрового радара. Оптимальным решением является сочетание датчиков : их сочетание в соответствии с конкретными сценариями для достижения баланса стоимости, точности и надежности. Многосенсорные системы обеспечивают более безопасную, надежную и эффективную навигацию как для промышленных, так и для потребительских роботов.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1: Может ли радар миллиметрового диапазона полностью заменить лидар?
A: Нет. Радар миллиметрового диапазона имеет ограниченное угловое разрешение и лучше всего используется в качестве дополнения к LiDAR, особенно в сложных условиях или при слабом освещении/неблагоприятных погодных условиях.
В2: Надежен ли LiDAR в дождь или снег?
О: Его производительность может снизиться. Сочетание лидара с радаром миллиметрового диапазона или датчиками зрения обеспечивает надёжную навигацию в любых погодных условиях.
В3: Является ли радар миллиметрового диапазона экономически эффективным для потребительских роботов?
О: Да. Недорогой миллиметровый радар эффективно обнаруживает стеклянные двери, края мебели и препятствия с низкой отражающей способностью, снижая риск столкновений.