落地复杂场景,无人叉车激光雷达怎么选?

MEMS 2024-08-01 00:02

自2023年以来,无人叉车已成为移动机器人领域最受关注的品类。

一方面是需求端的快速增长,据CMR产业联盟数据统计,2023年无人叉车销量达1.95万台,同比增长46.62%,市场规模接近40亿元;另一方面是供给侧的新品发布数量绝对领先,据高工移动机器人数据,上半年业内发布的新品中42.6%为无人叉车。

激光雷达作为核心感知器件,决定了定位、导航、分拣、路径规划能力的上限,直接影响无人叉车在客户现场的表现能力。

目前,激光雷达在无人叉车领域的应用场景可以分为“导航、避障、识别”三类。随着无人叉车的竞争加剧,面临的环境也更加复杂多样,对不同类型的激光雷达也提出了更高的要求。

从2D到3D,
导航雷达「稳」中求「进」

叉车的导航雷达主要采用2D或3D激光雷达。
2D激光雷达即单线雷达,扫描速度快、水平分辨率高,但平面式扫描方式,探测信息有限,适合室内场景使用;3D激光雷达,也即多线雷达,能识别物体的三维信息,适合室内外穿梭场景应用。

(1)2D导航雷达卷口碑,性能与稳定双重考验

无人叉车迟迟没有大规模普及,主要受限于高制造成本,以及复杂的应用环境。

窄通道、高载重是无人叉车产品介绍上的高频词汇。让载重无人叉车应用在窄通道场景中,同时对行驶与转弯半径做出限制,这对车体搭载雷达的感知定位精度提出极高要求。

此外无人叉车运行的工厂往往面积较大,产线间运输距离远,因此叉车行驶速度快,为匹配高速场景,雷达的探测距离要远,扫描频率要高,响应速度要快。

稳定性更是重要考量标准,包括雷达表现的一致性,在现场运行的稳定性等,保障无人叉车的平稳运行,减少运维成本。

以下图无人叉车上搭载的万集WLR-719为例,这是一款应用于无人叉车的高性能激光雷达,其测距能力可以达到50m,能识别工厂远距离的参照物;其最高分辨率可达0.033°,最高频率30Hz,既能捕捉高速运行的叉车周围环境信息,又能满足插取货物的精度要求。

(2)3D雷达,满足室内外一体化导航需求

随着无人叉车应用进入深水区,让叉车从仓库走出去,在室外与货柜车、平板车进行作业交互通,是必然的趋势。通过搭载3D激光雷达,可以大幅提升叉车感知能力,实现室内外复杂场景的转运。

目前在室内外穿梭无人叉车上,以16线/32线机械式3D激光雷达最为常见。

如下图可见,3D激光雷达通过扫描立体空间,可以清晰的感知环境的立体轮廓信息,获取准确的分辨率信息。不仅让导航更精准,也能为避障提供精准可靠的信息支撑。

万集基于720激光雷达的SLAM建图效果

室外3D激光雷达在应用中,主要面对的挑战包括,室外的环境干扰,室内场景的兼容,以及基于户外场景实现对树木以及路面等参考物的识别。

如在光伏工厂内外穿梭的无人叉车上应用的万集16线激光雷达WLR-720,不仅提供水平零度线,方便与既有的室内外反光板特征物进行结合,而且在叉车周边形成360°×31°的视野范围,可以实现路面、低矮物体的环境障碍物的精准检测,实现导航避障一体化,增加对室外场景作业的支持。

避障激光雷达,价格之外更拼品质

仓储车间里货架林立、过道狭窄,无人叉车为避免发生碰撞的情况,安全防护是最优先考虑的。而避障激光雷达主要功能在于守护叉车运行的安全性。
当前,避障激光雷达的发展主要有三大趋势:
(1)性价比要求更高,一台防护性能高的无人叉车需要安装3台以上避障激光雷达,因此控制整体制造成本很重要。

(2)雷达体积轻量化,一方面是为了能在更窄的巷道运行,无人叉本体的体积变小,另一方面是为满足倒车场景下的安全防护,需要在叉尖嵌入防护雷达

(3)环境适应性更高,随着无人叉车走向大规模应用,其面对的场景也不仅是整洁的无尘车间,还包括化工厂、钢厂、家具制造等全新的制造领域,这些场景下灰尘、雨雾、强光干扰都很常见。

如这台机器人叉车上应用的避障雷达万集718H,其继承万集激光雷达对品质的严格要求,在最远25m的测距范围下,能实现全量程30mm的测距精度。718H雷达高度仅42.9mm,可以嵌入无人叉车叉尖,雷达正常工作的正常工作零下20度至零上60度的温度范围,同时不惧灰尘、雨雾、阳光等环境干扰,超强实力,为工业机器人提供硬核防护。

从视觉到激光,突破高难度货物识别场景

无人叉车为实现插取、放置货物的作业,必须准确的识别栈板位置和识别周边环境,此前大部分无人叉车的感知采取工业TOF相机或者深度相机。但相机感知精度有限,且在环境光干扰中易产生噪点,局限于室内和特征点稳定的标准托盘应用,无法在非标准化托盘仓库使用。

固态激光雷达相对于相机,精度更高,自带位置信息,不受环境干扰,可以更好的识别栈板、托盘、笼料等复杂的位置。

如室外无人叉车通过安装万集750激光雷达,其最高达0.33度*0.33度的角分辨率,能帮助叉车清晰的识别各类物料的结构,再结合3D SLAM导航算法的环境建图,能在室外实现高难度的异形物体堆叠。

从整体叉车市场来看,目前无人叉车的渗透率依然较低。只有无人叉车企业与激光雷达企业的协同合作,共同发展,才能突破深水区场景壁垒,帮助制造企业实现降本增效,抓住设备大规模智能化升级的机会风口。

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