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。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(tài)各異,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(huán)境、3D建圖、躲避固定物品和運動的寵物、完成割草路徑規(guī)劃、自動割完整個庭院的草。
一套作業(yè)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。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。庭院里的障礙物遠比馬路上的小很多,常見松鼠、刺猬、花盆、水槍、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(tǒng)攝像頭方案。


第二,克服不同地形。歐美各地區(qū)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(yè)。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(yōu)勢之一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(shù)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(yè)需求。

第四,可靠性。戶外作業(yè)、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(huán)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(shù)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(tài)激光雷達,具備遠超行業(yè)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(xiàn);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(xiàn),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。因此,測距能力和視場角無法區(qū)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。
▍割草機器人激光雷達天梯圖
綜上,性能維度,分辨率是區(qū)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(shù),線數(shù)越大越清晰,這也是激光雷達技術難點。
參考知乎博主整理的割草機激光雷達天梯圖,可見線數(shù)越大、分辨率越高、成像越清晰。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(guī)看齊,趨近或達到部分車規(guī)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。還是以庫犸高端割草機選擇的固態(tài)激光雷達E1R舉例,該激光雷達脫胎車規(guī)級平臺,可以作為可靠性和壽命的標桿:
參考車規(guī)標準,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(guī)標準;可承受50倍重力加速度的振動沖擊,幫助割草機器人在崎嶇地面運行的穩(wěn)定性提升三倍;全固態(tài)激光雷達,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(yōu)異;平面玻璃出光窗口片,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(guī)格防護等級,可從容應對雨水、沙塵等嚴苛環(huán)境;8年戶外使用壽命,接近車規(guī)10年壽命標準,遠超家電工具要求。




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