激光雷達掃描儀在倉儲物流機器人AGV導航避障領域中的應用

激光雷達掃描儀（LiDAR / Laser Radar）是激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱，是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)。激光雷達以其分辨率高，隱蔽性好、抗有源干擾能力強，低空探測性能好，體積小、質量輕等特點，廣泛應用于智能倉儲物流堆垛機，智能機器人AGV導航避障。激光雷達的工作原理是向目標發(fā)射探測信號（激光束），然后將接收到的從目標反射回來的信號（目標回波）與發(fā)射信號進行比較，作適當處理后，就可獲得目標的有關信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對目標進行探測、跟蹤和識別。

激光雷達的種類

簡單來說，激光雷達的基礎功能是測量和掃描，基于大面積的測量和掃描，可以實現(xiàn)一定范圍內的地圖構建與障礙物檢測從而進行安全避障等。近幾年，隨著激光雷達技術的不斷發(fā)展以及成本的大幅下降，激光雷達的應用領域日益廣泛，如智能物流、自動駕駛、車路協(xié)同等。

在倉儲物流領域，激光雷達主要應用于類Kiva機器人、AGV、無人叉車等物流移動機器人，起到導航與避障的作用。因此從功能上來看，激光雷達主要有兩大類。

1.導航型激光雷達

導航型激光雷達技術門檻相對較高，要求具有一定的精度及角分辨率（指成像系統(tǒng)或系統(tǒng)的一個部件的分辨能力），其主要作用是構建地圖，在物流移動機器人行走過程中通過實時掃描周圍環(huán)境，并與原來生成的地圖匹配確定物流移動機器人的位置，幫助機器人按照指定路徑行走。導航型雷達通常安裝位置較高，如安裝于叉車AGV等設備的頂部等，也具備一定的遠距離障礙物探測防撞功能，但由于安裝位置較高，避障功能有限。

上海興玄物聯(lián)科技基于TOF（時間飛行）技術研發(fā)的270°掃描激光雷達XT-L301因其小巧的體積，可以適應對于空間要求高的安裝環(huán)境，例如小型機器人，AGV等更容易匹配。XT-L301激光雷達精度高，探測距離可達40米，每秒采樣86400點，分辨率更高，可以掃描到直徑2~3cm的立桿，輸出多種數(shù)據(jù)格式（可定制），廣泛適用于機器人導航，AGV路徑規(guī)劃，輪廓檢測和安防等領域。

2.避障型（安全防護型）激光雷達

通常安裝于物流移動機器人車身四周（如車頭兩側），通過與車體聯(lián)動，當探測到障礙物時，系統(tǒng)可以控制物流移動機器人減速或者停止，從而達到避障等安全防護的目的。此外，此類雷達也可以傾斜安裝在導航型雷達下面，其掃描探測區(qū)域可以形成斜切面，從而探測具有一定高度的物體。安全避障型雷達的技術門檻總體低于導航型雷達，但其對目標物的識別能力要求比較高。

上海興玄物聯(lián)科技相關負責人補充介紹稱，從具體產(chǎn)品類別上來看，又可以分為機械式激光雷達、混合固態(tài)激光雷達、純固態(tài)激光雷達等等，目前物流移動機器人領域的主流產(chǎn)品主要是機械式激光雷達和混合固態(tài)激光雷達。例如，通常安裝于車身四周的激光雷達主要有2D單線機械式激光雷達、多線機械式和混合固態(tài)激光雷達兩類，其中后兩者可以實現(xiàn)無人叉車、AGV、物流移動機器人的3D立體安全防護。

另據(jù)Robot機器人相關負責人表示，激光雷達掃描儀搜集點云數(shù)據(jù)（包括點的距離和強度）后，還可以實現(xiàn)SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）導航。不過，由于激光雷達掃描光束受物體遮擋的原因，難以一次掃描獲取整個物體的三維點云數(shù)據(jù)，因此需要從不同的位置和角度對物體進行多次掃描。此外，機械式激光雷達還分為多線激光雷達和單線激光雷達，室內物流移動機器人多采用單線激光雷達，對于室外物流移動機器人，如無人物流車，以及不同廠區(qū)間的重型轉運AGV多采用多線激光雷達，并與GPS等設備配合使用，滿足不同場景需求。

解決方案豐富

隨著物流移動機器人行業(yè)的快速發(fā)展，進入該領域的企業(yè)和解決方案也越來越豐富。從供應商來看，SICK、倍加福、基恩士、勞易測、Velodyne等國際知名品牌，以及科力、興玄物聯(lián)、XTLiDAR激光等一大批快速成長的國內企業(yè)，均推出了豐富的產(chǎn)品及解決方案，助力該行業(yè)技術升級發(fā)展。

這一趨勢從近幾年的CeMAT ASIA展會上也得到凸顯，針對物流移動機器人的激光雷達產(chǎn)品展示越來越多。今年，SICK在AGV上展示的導航類傳感器、防撞類傳感器和其他檢測類傳感器三大類傳感器共有20多種產(chǎn)品，其中激光雷達產(chǎn)品包括具有安全防撞、精準導航等功能的nanoScan3安全激光掃描儀，以及可以實現(xiàn)大場景輪廓掃描的云平臺輪廓掃描系統(tǒng)以及安全防護解決方案等。

SICK 在 CeMAT ASIA 2021 展會上展示的應用于 AGV 的激光雷達解決方案

隨著近幾年物流移動機器人的快速發(fā)展，一大批激光雷達國產(chǎn)品牌也不斷成長，迅速壯大，推出了眾多高質量產(chǎn)品。

例如，隸屬于山東省科學院的科力是中國光電安全保護裝置技術領域的代表性企業(yè)，已經(jīng)形成了LS2系列激光雷達、KLM型激光雷達、LSPDmini型安全激光掃描儀、LD系列單點激光雷達、LSE型激光雷達等較為全面的激光雷達產(chǎn)品系列。目前，科力已經(jīng)與國內多家物流移動機器人企業(yè)形成了穩(wěn)定的合作。

興玄物聯(lián)科技作為國內激光雷達后起之秀，在智慧物流領域主要提供工業(yè)級激光雷達、單線掃描激光雷達和3D成像激光雷達；以及提供基于激光雷達的AGV&無人叉車、移動機器人、低速無人車等2D和3D智能化系統(tǒng)解決方案。公司代表性產(chǎn)品包括室內AGV導航避障XT-L301單線導航掃描激光雷達；適用于戶外低溫大量程的安防型激光雷達XT-L302，用于建模掃描成像的3D激光雷達XT-LS107；同時XT-L301/XT-L302激光雷達同時具備導航和避障的雙重功能，更高的分辨率，每秒采樣高達86400點的高密度點云，在各大企業(yè)廣泛應用。

行業(yè)對安全性的重視程度在不斷提高?！鞍踩窃S多物流公司的第一要務。激光雷達的需求增長，不僅集中在物流移動機器人本身，也包括機器人的運行環(huán)境。由于倉庫的照明條件普遍不夠理想，在光線不足的情況下，激光雷達比攝像頭更具有優(yōu)勢，可以保障倉庫安全，并且保護倉庫人員和貨物的隱私，提供定位和檢測能力?！迸d玄物聯(lián)科技何炆熹表示，“激光雷達是服務于安全的科技產(chǎn)品，Velodyne設計激光雷達解決方案時，始終將安全放在首位?！?/span>

面對物流移動機器人行業(yè)旺盛的需求，國內外企業(yè)均在努力拓展市場。國內企業(yè)不斷突破“卡脖子”技術，實現(xiàn)技術上的升級，如Robot表示已經(jīng)具備自研自產(chǎn)激光雷達芯片的能力；國外品牌除了推出更高性價比的產(chǎn)品以外，在本地化服務方面也在進一步努力。但總的來看，由于國外產(chǎn)品價格偏高，貨期較長，服務響應不夠及時等因素，國產(chǎn)企業(yè)增勢更為明顯，特別是在避障型激光雷達這一品類，市場占比越來越高。以HIK機器人為例，據(jù)相關負責人介紹，公司近幾年大都保持在20%～30%的穩(wěn)定增長，2022年激光雷達銷量將達到數(shù)萬套。

興玄物聯(lián)科技相關負責人也表示，隨著激光雷達技術逐漸成熟，以興玄物聯(lián)科技為代表的2D SLAM無人叉車/AGV導航系統(tǒng)方案已大量應用于智慧物流市場，預計在未來幾年內將迎來市場大爆發(fā)?！皣鴥燃す饫走_廠商的崛起可以加快物流移動機器人行業(yè)智能化時代的到來，芯片自研、核心關鍵元器件技術、集成化技術的突破，可以保證在產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性、一致性足夠高的前提下，控制成本，降低激光雷達售價，讓客戶可以批量投入使用，從而快速推動物流移動機器人行業(yè)的智能化轉型。”他進一步強調了激光雷達技術發(fā)展對于整個物流移動機器人行業(yè)發(fā)展的重要作用。