حسگر Velodyne LIDAR

حسگر (سنسور) Velodyne LIDAR در این مقاله به صورت کامل مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای این منظور ویژگی های اصلی، کاربرد حسگر لیدار ، فاصله کارکرد، دقت، صحت، میزان FOV در حالت افقی و عمودی، رزولوشن، نرخ بروزرسانی، ولتاژ کاری و … به تشریح بیان می‌شود. همچنین نحوه کار با این سنسور در ROS نیز بررسی می شود.

مقدمه‌ای از فاصله سنج‌های لیزری

سنسورهای نوری برای تشخیص فاصله و حضور یا عدم حضور جسم استفاده می‌شوند. این سنسورها دارای یک ارسال کننده و یک گیرنده نور می‌باشند. نور ارسالی می‌تواند مادون قرمز، نور قرمز رنگ و یا لیزر (Laser) باشد. سه نوع از این سنسورها وجود دارند : منتشر کننده (Diffused)، انعکاسی (Retro-reflective)، و پرتو عبوری (Thru Beam).

حسگرهای لیزری جزء حسگرهای نوری به حساب می‌آید. عملکرد کلی آن‌ها به این صورت است که با ارسال پرتوء نور مسافت را تا مانع تشخیص می‌دهند.

سنسورهای لیزری در رباتیک

سنسورهای لیزری اغلب به دلیل دقت بالا در اندازه گیری و نسبت داده‌های بالا کاربرد فراوانی در رباتیک دارند. با وجود اینکه روش‌های بینایی کامپیوتر شبیه استریو از عملکرد و معروفیت بالایی برخوردارند، سنسورهای لیزری یک سطح بالاتری از مقاومت را دارا هستند و کمتر به بافت سطح (surface texture) برای ایجاد نتایج دقیق وابسته هستند.

سیستم اندازه گیری لیزری (SICK LMS200 2D)، با توجه به قیمت پایین و دقت بالای خود بسیار پر کاربرد است، لذا اغلب از آنها به عنوان سنسورهای (۲D) برای نقشه‌کشی استفاده می‌شود. در این حالت سنسور، با حرکت دادن صفحه‌ی پویشگر، محیط  دو بعدی را پویش می‌کند. علاوه بر این می‌توان با استفاده از این سنسورها نقشه‌های ۳D ایجاد کرد. برای این کار، سنسور، باید در یک راستای دیگر نیز حرکت کند. در ادامه حسگر Velodyne LIDAR که یک حسگر سه بعدی لیدار است بررسی می‌شود.

 حسگر لیدار (LIDAR) چیست؟

LIDAR ، که مخفف عبارت Light Detection and Randing است ، یک روش سنجش از راه دور است که از نور در قالب پالس لیرز برای اندازه گیری دامنه ها (مسافت متغیر) تا جسم مورد نظر استفاده می‌کند. این پالس های نوری اطلاعات دقیق و سه بعدی در مورد شکل جسم در محیط کاری حسگر و خصوصیات سطح آن تولید می کنند. عمومی ترین استفاده از حسگرهای لیدار در هواپیماها و هلیکوپترها به منظور دستیابی به اطلاعات LIDAR در مناطق وسیع هستند. عموما از این کار به منظور نقشه برداری از زمین و اندازه گیری ارتفاع کف رودخانه استفاده می کند.

کاربرد حسگر Velodyne LIDAR

ما در این بخش با تمرکز در رباتیک کاربرد اصلی این حسگر را ارائه خواهیم کرد. استفاده از نسل اول حسگرهای لیدار، دیگر برای استفاده در صنعت خودروهای خودمختار کاربردی نیست. دلیل آن این است که معیارهای معمولی، یعنی نرخ فریم، رزولوشن و فاصله تشخیص حسگر در محیط، برای غلبه بر مشکلات و پیچیدگی های محیط واقعی کارایی لازم را ندارد. از این رو با گرایش شرکت های تولید کننده خودروهای خودمختار به سمت ایجاد خودروهای خودکار هوشمندتر با قابلیت اطمینان بالا، تمرکز بر افزایش دقت، اعتمادپذیری و کارایی این حسگرها افزایش یافت.

به صورت خلاصه کاربردهای اصلی اینگونه حسگرها به شرح زیر است:

برخی از ویژگی های اصلی

حسگر Velodyne LIDAR چگونه کار می کند؟

LIDAR از یک اصل ساده پیروی می کند. نور لیزر را بر روی یک سطح منتشر و زمان لازم برای بازگشت نور به منبع LIDAR را محاسبه می‌کند. از این رو با توجه به سرعت حرکت نور (تقریباً ۱۸۶۰۰۰ مایل در ثانیه یا به عبارتی ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه) اندازه گیری فاصله دقیق از طریق لیدار بسیار سریع انجام می‌شود. از این رو، فرمولی که برای محاسبه فاصله جسم تا حسگر استفاده می شود به شرح زیر است:

سرعت نور*۰٫۵* زمان پرواز)=فاصله تا جسم)