在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，避障技術(shù)已成為眾多領(lǐng)域確保安全與高效運(yùn)行的關(guān)鍵所在。從無人機(jī)翱翔天際，到無人船破浪前行，再到智能倉儲中的 AGV 小車靈活穿梭，這些設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境中自主運(yùn)行時，必須能夠精準(zhǔn)探測并避開障礙物。而雷達(dá)模塊，憑借其卓越的性能，成為了避障技術(shù)的核心擔(dān)當(dāng)。它宛如設(shè)備的 “智慧之眼”，賦予設(shè)備對周圍環(huán)境的敏銳感知能力，極大地拓展了設(shè)備的應(yīng)用范圍，讓設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境中運(yùn)行得更加安全、穩(wěn)定。
雷達(dá)避障的工作原理
雷達(dá)，作為利用電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備，其工作原理基于電磁波的發(fā)射與接收。在避障應(yīng)用中，雷達(dá)模塊會主動發(fā)射特定頻率的電磁波束，這些電磁波如同靈動的信使，迅速向四周空間傳播開去。當(dāng)電磁波遇到障礙物時，就如同皮球撞到墻壁一般，會發(fā)生反射現(xiàn)象。反射回來的電磁波攜帶著豐富的信息，其中就包含了與障礙物相關(guān)的關(guān)鍵情報。雷達(dá)模塊憑借其精密的設(shè)計，能夠敏銳地捕捉到這些反射波，并對其進(jìn)行深入分析。通過精確測量發(fā)射波與反射波之間的時間差，依據(jù)光速這一恒定的物理常量，就能夠精準(zhǔn)地計算出設(shè)備與障礙物之間的距離。同時，利用多普勒效應(yīng)，雷達(dá)還能夠準(zhǔn)確獲取障礙物的速度信息，判斷其是否處于移動狀態(tài)以及移動的方向和速率。例如，在無人機(jī)避障系統(tǒng)中，毫米波雷達(dá)發(fā)射毫米波頻段的電磁波，通過對反射波的細(xì)致分析，為無人機(jī)提供周圍障礙物的距離、速度等關(guān)鍵信息，助力無人機(jī)在飛行過程中及時、準(zhǔn)確地做出避障決策，巧妙避開諸如建筑物、樹木等障礙物，確保飛行安全。
雷達(dá)模塊用于避障的優(yōu)勢
環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)
相較于其他一些避障傳感器，雷達(dá)模塊展現(xiàn)出了非凡的環(huán)境適應(yīng)性。無論是在伸手不見五指的黑夜，還是在烈日炎炎的白晝，亦或是面對雨霧彌漫、沙塵飛揚(yáng)等惡劣天氣，雷達(dá)都能泰然處之，穩(wěn)定地發(fā)揮其避障功能。這是因為雷達(dá)依靠的是電磁波進(jìn)行探測，電磁波受光照、天氣等因素的影響極小。例如在智能倉儲場景中，AGV 小車常常需要在光線昏暗且可能存在灰塵的環(huán)境下工作，此時雷達(dá)模塊能夠穩(wěn)定地為 AGV 小車提供準(zhǔn)確的障礙物信息，確保其高效、安全地運(yùn)行，而不會像一些光學(xué)傳感器那樣，因光線不佳或灰塵遮擋而出現(xiàn)誤判或失效的情況。
高精度探測
雷達(dá)模塊在測距和測速方面具有極高的精度，能夠為避障系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。以毫米波雷達(dá)為例，其距離分辨率可達(dá)到厘米級，測速精度也相當(dāng)出色。這種高精度的探測能力使得設(shè)備能夠精準(zhǔn)地感知到周圍障礙物的位置和運(yùn)動狀態(tài)，從而為后續(xù)的避障決策提供堅實可靠的依據(jù)。在自動駕駛領(lǐng)域，汽車上搭載的雷達(dá)系統(tǒng)能夠精確測量與前車、行人以及道路周邊障礙物的距離和相對速度，幫助車輛及時調(diào)整行駛速度和方向，有效避免碰撞事故的發(fā)生，為行車安全提供了強(qiáng)有力的保障。
實時性好
雷達(dá)模塊能夠以極高的頻率快速地對周圍環(huán)境進(jìn)行掃描和探測，實時更新障礙物的信息。這一特性使得設(shè)備能夠在極短的時間內(nèi)對動態(tài)變化的環(huán)境做出迅速響應(yīng)。例如，在無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)過程中，可能會突然遭遇移動的障礙物，如飛鳥。此時，雷達(dá)模塊憑借其快速的數(shù)據(jù)更新能力，能夠及時捕捉到飛鳥的位置和速度變化，并迅速將這些信息傳遞給無人機(jī)的控制系統(tǒng)，無人機(jī)得以快速做出規(guī)避動作，成功避開危險，保障了飛行任務(wù)的順利進(jìn)行。
雷達(dá)模塊在不同領(lǐng)域的避障應(yīng)用
無人機(jī)領(lǐng)域
在無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，避障技術(shù)占據(jù)著舉足輕重的地位。雷達(dá)模塊作為無人機(jī)避障系統(tǒng)的核心部件，為無人機(jī)的安全飛行立下了汗馬功勞。以智航推出的針對固定翼無人機(jī)的毫米波雷達(dá)避障模塊為例，它工作在 24GHz 頻率，最大測量距離可達(dá) 200m，測量精度優(yōu)于 2cm。在固定翼無人機(jī)飛行時，飛行控制器以 10Hz 的頻率快速檢測障礙物。一旦發(fā)現(xiàn)障礙物滿足特定要求，無人機(jī)便能自主按照預(yù)設(shè)的避障行為，如懸停、返航或降落等，迅速做出反應(yīng)，同時及時通過地面控制站向操作員發(fā)出提醒。并且，該雷達(dá)采用智能濾波算法，能夠自動濾除飛鳥、小目標(biāo)等干擾數(shù)據(jù)，有效防止誤觸發(fā)，極大地提高了無人機(jī)飛行的安全性。在農(nóng)業(yè)植保無人機(jī)作業(yè)時，田間可能存在電線桿、樹木等障礙物，毫米波雷達(dá)能夠精準(zhǔn)探測到這些障礙物，幫助無人機(jī)巧妙避開，確保農(nóng)藥噴灑作業(yè)的高效、安全進(jìn)行。
無人船領(lǐng)域
無人船在復(fù)雜的水域環(huán)境中航行，面臨著諸多障礙物的挑戰(zhàn)，如暗礁、浮標(biāo)、其他船只等。雷達(dá)傳感器模塊在無人船避障系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如，在一些無人船項目中，選用的雷達(dá)傳感模塊對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，不受光照影響，能夠快速測量障礙物的距離。同時，結(jié)合紅外傳感模塊獲取障礙物的位置等信息，這些信息被傳輸給樹莓派控制器進(jìn)行解析，然后傳輸?shù)缴衔?Android 終端屏幕顯示，便于用戶實時監(jiān)控?zé)o人船的運(yùn)行狀態(tài)。通過在上位機(jī)屏上操作控制按鈕，用戶能夠控制電機(jī)速度，改變無人船的行駛軌跡，實現(xiàn)自動避障功能。在海上軍事巡邏、搜救落水人員等任務(wù)中，無人船依靠雷達(dá)模塊的避障功能，能夠在復(fù)雜的水面環(huán)境中安全航行，準(zhǔn)確執(zhí)行任務(wù)。
智能倉儲領(lǐng)域
在智能倉儲中，AGV 小車需要在狹窄的通道、密集的貨架間快速、準(zhǔn)確地行駛，同時要避免與貨架、其他 AGV 小車以及工作人員發(fā)生碰撞。激光雷達(dá)在 AGV 避障應(yīng)用中表現(xiàn)出色。以北醒激光雷達(dá)為例，其單點定向避障模塊基于 ToF 時間飛行原理，用于 0.1m - 12m 近距離的障礙物探測與避障。該模塊視場角小、準(zhǔn)直度好，可避免誤觸發(fā)，數(shù)據(jù)刷新率高達(dá) 100 - 1000Hz，能夠靈敏地檢測到障礙物，為 AGV 系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的距離信息，指導(dǎo)系統(tǒng)及時發(fā)出剎車或減速指令。而固態(tài) 3D 面陣定向避障的激光雷達(dá)，如 CE30，通過發(fā)射橢圓錐形光束，可探測固定視線范圍內(nèi)的障礙物信息。其具有 1° 角分辨率高的特點，能精確識別障礙物位置，還提供自定義避障模式和二次開發(fā)避障模式。在自定義避障模式下，可為 AGV 篩選出關(guān)鍵避障目標(biāo)，提供距離信息；二次開發(fā)避障模式則為 AGV 提供障礙物點云圖，描繪出大致輪廓。將激光雷達(dá)安裝在倉儲 AGV 的正前方、叉車叉腳正前方或智能穿梭車的前后方等位置，能夠?qū)崟r監(jiān)測障礙物，控制車輛減速或剎車，輔助其完成快速存取貨、智能搬運(yùn)等任務(wù)，大大提高了倉儲物流的效率和安全性。
機(jī)器人領(lǐng)域
在機(jī)器人的應(yīng)用場景中，無論是工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上的精確操作，還是服務(wù)機(jī)器人在家庭、辦公環(huán)境中的自主移動，避障都是至關(guān)重要的功能。激光雷達(dá)作為機(jī)器人的重要傳感器，能夠 360° 掃描周圍環(huán)境，構(gòu)建厘米級別高精度地圖，為避障導(dǎo)航提供有力支持。例如，一些室內(nèi)服務(wù)機(jī)器人搭載激光雷達(dá)，在移動過程中，通過不斷掃描周圍環(huán)境，實時獲取障礙物的位置和距離信息。當(dāng)檢測到障礙物時，機(jī)器人的控制系統(tǒng)會根據(jù)這些信息規(guī)劃新的路徑，繞過障礙物繼續(xù)前行。同時，為了在復(fù)雜場所更好地勝任避障工作，機(jī)器人往往還會配備其他傳感器作為補(bǔ)充，如超聲波傳感器。雖然超聲波傳感器檢測距離相對較近，三維輪廓識別精度欠佳，但成本低、實施簡單，且能識別透明物體，與激光雷達(dá)相互配合，可進(jìn)一步提高機(jī)器人避障的可靠性和準(zhǔn)確性。在工業(yè)自動化生產(chǎn)線上，機(jī)器人利用雷達(dá)模塊和其他傳感器的融合信息，能夠在復(fù)雜的設(shè)備和物料之間靈活移動，高效完成生產(chǎn)任務(wù)，同時避免碰撞事故的發(fā)生，保障生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行。
