在割草機器人領域,激光雷達融合感知方案正取代RTK/UWB+視覺傳感器方案的主流地位割草。激光雷達天然的3D建圖、避障能力精準切中消費者對智能割草機輕量化、便捷化部署以及更高可靠性的需求,推動激光雷達融合方案在割草機器人領域加速滲透。
但激光雷達類型眾多、形態各異割草,怎樣的激光雷達才最符合割草機器人場景?
▍割草機器人的“庭院無人駕駛”需求
割草機器人在戶外草坪上自主感知環境、3D建圖、躲避固定物品和運動的寵物、完成割草路徑規劃、自動割完整個庭院的草割草。
一套作業流程下來,很容易看出來,割草機器人也是一輛L4無人駕駛車,只是應用場景由公路變成庭院,大車變成小車而已,功能需求和場景工況相差無幾割草。所以,可以基于此理解智能割草機對激光雷達的需求。
第一,安全割草。庭院里的障礙物遠比馬路上的小很多,常見松鼠、刺猬、花盆、水、石頭等微型障礙物,歐洲的一些國家的法律里還明確要求保護刺猬等小動物,這對激光雷達的點云分辨率提出了很高的要求,考慮到還存在雜草遮擋的情況,很容易理解,只有高分辨率的激光雷達才能識別這些小型障礙物,而低分辨率激光雷達還不如傳統攝像頭方案。
第二,克服不同地形割草。歐美各地區家庭庭院草坪地形多樣,山坡、坑洼、水坑、泳池、斷崖等都是草坪常見地形,割草機器人如何分辨不同地形,駕馭不同家庭庭院的草坪,同樣是對激光雷達方案分辨率和清晰度提出考驗。
第三,全天作業割草。白天夜晚都有割草需求。北美的庭院可以動輒1000-5000平方米,夏季天氣適宜的時候草每天可以長1厘米以上,割草任務繁重,考慮用戶對割草時間靈活安排,夜晚割草也是剛需。激光雷達的優勢就是無論白天還是黑夜,都能如常識別障礙物,但是攝像頭到晚上就基本失效,在夜里激光雷達要成為感知的主力,必須是高分辨率的高線數激光雷達的才能在晚上看清大大小小的障礙物、地形變化、護欄邊緣等。20線以下低線激光雷達由于分辨率低在晚上會漏檢小型障礙物、且無法分辨草坪邊緣,無法滿足夜間作業需求。
第四,可靠性割草。戶外作業、日曬雨淋,同時也要被日常清潔,割草機器人對激光雷達的可靠性要求也接近無人駕駛,防水、防塵,適應高低溫環境等都是標準指標,更細致甚至還有防剮傷要求。
第五,使用壽命割草。割草機器人作為家庭常用工具,用戶對使用壽命的期待同樣是越長越好,至少用數年以上。比如,庫犸Mammotion LUBA mini AWD LiDAR作為高端割草機器人選用的固態激光雷達,具備遠超行業標準的8年戶外使用壽命。
由于割草機器人行駛速度慢,所以對測距要求低,30米以上能滿足,常見激光雷達都能實現;類似的,視場角要求不高有100°×40°以上就夠,常見激光雷達都能實現,另外由于割草機器人可以移動和轉彎掉頭,所以無需360°也可以很好完成SLAM 3D建圖割草。因此,測距能力和視場角無法區分割草機激光雷達水平的高低。
由此,我們可以總結出割草機器人對激光雷達硬件的核心需求:高分辨率、高可靠性、壽命長割草。
▍割草機器人激光雷達天梯圖
綜上,性能維度,分辨率是區分割草機激光雷達檔次的核心,準確說是垂直角分辨率,這個指標決定了探測物體時看到線數,線數越大越清晰,這也是激光雷達技術難點割草。
參考博主整理的割草機激光雷達天梯圖,可見線數越大、分辨率越高、成像越清晰割草。144線和192線激光雷達的對小刺猬的探測可以非常清晰,而16線激光雷達根本無法確認小刺猬是否存在,高性能激光雷達和低性能激光雷達的探測能力差異之大,恍如兩類傳感器。
可靠性和壽命維度,整體向車規看齊,趨近或達到部分車規標準,同時考慮割草場景的特殊需求,如防止被草叢中桔梗和枝條刮花窗口片等割草。還是以庫犸高端割草機選擇的固態激光雷達E1R舉例,該激光雷達脫胎車規級平臺,可以作為可靠性和壽命的標桿:
參考車規標準割草,通過紫外老化、鹽霧測試、電磁兼容等超60項可靠性測試,工作溫度為-40°C至+85°C的車規標準;
可承受50倍重力加速度的振動沖擊割草,幫助割草機器人在崎嶇地面運行的穩定性提升三倍;
全固態激光雷達割草,無旋轉電機結構,相較機械旋轉式360°激光雷達,抗沖擊與抗振動性優異;
平面玻璃出光窗口片割草,通過碎石沖擊測試,相較于的塑膠材質的半球型雷達,既不會凸起被反復刮擦,同時玻璃硬度更高,難以被刮花;
IP67、IP6K9K高規格防護等級割草,可從容應對雨水、沙塵等嚴苛環境;
8年戶外使用壽命,接近車規10年壽命標準,遠超家電工具要求割草。