在割草机器人领域,激光雷达融合感知方案正取代 RTK/UWB+视觉传感器方案的主流地位。激光雷达天然的3D建图、避障能力精准切中消费者对智能割草机轻量化、便捷化部署以及更高可靠性的需求,推动激光雷达融合方案在割草机器人领域加速渗透。
但激光雷达类型众多、差异巨大,怎样的激光雷达才最符合割草机器人场景?
割草机器人的“庭院无人驾驶”需求
割草机器人在户外草坪上自主感知环境、3D建图、躲避固定物品和运动的宠物、完成割草路径规划、自动割完整个庭院的草。
一套作业流程下来,很容易看出来,割草机器人也是一辆L4无人驾驶车,只是应用场景由公路变成庭院,大车变成小车而已,功能需求和场景工况相差无几。所以,可以基于此理解智能割草机对激光雷达的需求。
第一,安全。庭院里的障碍物远比马路上的小很多,常见松鼠、刺猬、花盆、水枪、石头等微型障碍物,欧洲的一些国家的法律里还明确要求保护刺猬等小动物,这对激光雷达的点云分辨率提出了很高的要求,考虑到还存在杂草遮挡的情况,很容易理解,只有高分辨率的激光雷达才能识别这些小型障碍物,而低分辨率激光雷达还不如传统摄像头方案。
第二,克服不同地形。欧美各地区家庭庭院草坪地形多样,山坡、坑洼、水坑、泳池、断崖等都是草坪常见地形,割草机器人如何分辨不同地形,驾驭不同家庭庭院的草坪,同样是对激光雷达方案分辨率和清晰度提出考验。
第三,全天作业,白天夜晚都有割草需求。北美的庭院可以动辄1000-5000平方米,夏季天气适宜的时候草每天可以长1厘米以上,割草任务繁重,考虑用户对割草时间灵活安排,夜晚割草也是刚需。激光雷达的优势之一就是无论白天还是黑夜,都能如常识别障碍物,但是摄像头到晚上就基本失效,在夜里激光雷达要成为感知的主力,必须是高分辨率的高线数激光雷达的才能在晚上看清大大小小的障碍物、地形变化、护栏边缘等。20线以下低线激光雷达由于分辨率低在晚上会漏检小型障碍物、且无法分辨草坪边缘,无法满足夜间作业需求。
第四,可靠性。户外作业、日晒雨淋,同时也要被日常清洁,割草机器人对激光雷达的可靠性要求也接近无人驾驶,防水、防尘,适应高低温环境等都是标准指标,更细致甚至还有防剐伤要求。
第五,使用寿命。割草机器人作为家庭常用工具,用户对使用寿命的期待同样是越长越好,至少用数年以上。比如,库犸Mammotion LUBA mini AWD LiDAR作为高端割草机器人选用的固态激光雷达,具备远超行业标准的8年户外使用寿命。
由于割草机器人行驶速度慢,所以对测距要求低,30米以上能满足,常见激光雷达都能实现;类似的,视场角要求不高有100°×40°以上就够,常见激光雷达都能实现,另外由于割草机器人可以移动和转弯掉头,所以无需360°也可以很好完成 3D SLAM建图。因此,测距能力和视场角无法区分割草机激光雷达水平的高低。
由此,我们可以总结出割草机器人对激光雷达硬件的核心需求:高分辨率、高可靠性、寿命长。
割草机器人激光雷达天梯图
综上,性能维度,分辨率是区分割草机激光雷达档次的核心,准确说是垂直角分辨率,这个指标决定了探测物体时看到线数,线数越大越清晰,这也是激光雷达技术难点。
参考知乎博主中关村数码科技猿整理的割草机激光雷达天梯图,可见线数越大、分辨率越高、成像越清晰。144线和192线激光雷达的对小刺猬的探测可以非常清晰,而16线激光雷达根本无法确认小刺猬是否存在,高性能激光雷达和低性能激光雷达的探测能力差异之大,恍如两类传感器。
可靠性和寿命维度,整体向车规看齐,趋近或达到部分车规标准,同时考虑割草场景的特殊需求,如防止被草丛中桔梗和枝条刮花窗口片等。还是以库犸高端割草机选择的固态激光雷达E1R举例,该激光雷达脱胎车规级平台,可以作为可靠性和寿命的标杆:
• 参考车规标准,通过紫外老化、盐雾测试、电磁兼容等超60项可靠性测试,工作温度为-40°C至+85°C的车规标准;
• 可承受50倍重力加速度的振动冲击,帮助割草机器人在崎岖地面运行的稳定性提升三倍;
• 全固态激光雷达,无旋转电机结构,相较机械旋转式360°激光雷达,抗冲击与抗振动性优异;
• 平面玻璃出光窗口片,通过碎石冲击测试,相较于的塑胶材质的半球型雷达,既不会凸起被反复刮擦,同时玻璃硬度更高,难以被刮花;
• IP67、IP6K9K高规格防护等级,可从容应对雨水、沙尘等严苛环境;
• 8年户外使用寿命,接近车规10年寿命标准,远超家电工具要求。
