Laserscanning-Radarsensortechnologie: Neue Möglichkeiten für AGVs, Fabriksicherheit und Robotik
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- 2024/4/23
Zusammenfassung
Dieser Artikel stellt die Prinzipien, technischen Merkmale und Anwendungen des Laser-Radar-Sensors vor, darunter präzise Positionierung, Pfadplanung und Hindernisvermeidung. Er beleuchtet die Rolle von Lidar bei der Verbesserung der Sicherheit im Fabrikbetrieb und der Reduzierung von Unfällen. Außerdem wird die Anwendung von Lidar in der Robotik zur autonomen Navigation und Umweltwahrnehmung erörtert.
Funktionsprinzip eines Laser-Scanning-Radarsensors (LiDAR)
Das Prinzip des Laser-Scanning-Radarsensors (Laser Detection And Ranging) basiert hauptsächlich auf der Emission, Ausbreitung, Reflexion und dem Empfang von Laserstrahlen. Das Lidar-System sendet zunächst Laserstrahlen über einen Laseremitter in Richtung des Zielobjekts aus. Trifft der Laserstrahl während der Ausbreitung auf das Zielobjekt, wird er reflektiert. Ein Teil des reflektierten Lichts folgt einem bestimmten Weg zurück und wird vom Lidar-Empfänger erfasst. Der Empfänger misst anschließend die Intensität des reflektierten Lichts und die Zeitdifferenz zwischen Emission und Empfang.
Durch die Messung der Zeitdifferenz zwischen Aussendung und Empfang des Lasers und deren Kombination mit der bekannten Lichtgeschwindigkeit kann Lidar die Entfernung zwischen Lidar und Zielobjekt präzise berechnen. Darüber hinaus kann der Laserscanner durch Scanmechanismen auch Informationen über Form, Größe und räumliche Position des Zielobjekts gewinnen und so zweidimensionale Bilder erstellen.
Technische Eigenschaften des Laser-Scanning-Radarsensors (LiDAR)
Zu den technischen Merkmalen des Laser-Radar-Sensors (Lidar) zählen vor allem hohe Präzision, hohe Auflösung, Fernmessung und die Fähigkeit zur Mehrzielerkennung. Dank der kurzen Wellenlänge des Laserlichts erreicht Lidar eine millimetergenaue Entfernungsmessung und ermittelt präzise Positions- und Forminformationen von Zielobjekten. Gleichzeitig zeichnet sich Lidar durch eine hohe Auflösung aus, die durch Anpassung von Winkel und Auflösung des Laserstrahls detailliertere Informationen über Zielobjekte liefert.
Lidar ermöglicht die präzise Messung und Positionierung von Zielobjekten durch die Aussendung von Laserstrahlen und die Messung der Intensität und Zeitdifferenz des reflektierten Lichts. Seine technischen Eigenschaften wie hohe Präzision, hohe Auflösung, Fernmessung und Mehrzielerkennung machen Lidar vielseitig einsetzbar, unter anderem im autonomen Fahren, in der Roboternavigation, im Sicherheitsschutz in Fabrikbereichen, in der Geländekartierung und anderen Bereichen.
Anwendung von Laser-Scanning-Radarsensoren (LiDAR) in AGVs, Betriebssicherheitsschutz in Fabrikbereichen und der Robotikindustrie
Beim Einsatz in fahrerlosen Transportfahrzeugen (AGVs) liefert Lidar dank seiner berührungslosen Erkennungsmethode, seiner schnellen und genauen Lokalisierungs- und Entfernungsmessung präzise Navigations- und Positionierungsinformationen. Durch die kontinuierliche Überwachung der Umgebung stellt Lidar sicher, dass AGVs ihre Aufgaben in komplexen Logistikumgebungen sicher und effizient erledigen. Ob Schwerlast-AGVs bei der Verfolgung von Materialhandhabungsprozessen, der intelligenten Ausführung von Entladeaufgaben bei wechselnden Transportzielen oder der Handhabung, Lagerung und Verwaltung von Waren in der Lager- und Logistikbranche – Lidar ermöglicht AGVs eine präzise Navigation und Hindernisvermeidung. Dadurch wird die Logistikeffizienz verbessert, die Arbeitskosten gesenkt und die Zahl von Kollisionsunfällen verringert.
Auch für den Sicherheitsschutz im Fabrikbetrieb spielt Lidar eine unverzichtbare Rolle. Im Betriebsbereich von Anlagen wie Aufzügen, Roboterarmen, Wendemaschinen und Schiebewagen kann Lidar die Umgebung kontinuierlich überwachen und so sicherstellen, dass keine Personen oder Hindernisse in den Betriebsbereich der Anlage gelangen. Sobald anormale Zustände erkannt werden, kann Lidar umgehend Warnungen ausgeben oder die Bewegung der Anlage stoppen und so die Sicherheit von Mitarbeitern und Anlagen effektiv gewährleisten. Diese Sicherheitsfunktion ist von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der Produktionseffizienz und die Reduzierung von Unfallrisiken.
Wie unterscheiden sich Sicherheits-Laserscanner von anderen Sicherheitsgeräten?
Lidar emittiert aktiv Licht und ist nicht auf Umgebungslicht angewiesen. Im Gegensatz zu Kameras, die passiv Licht empfangen, bildet Lidar Millionen von Punkten im Raum, indem es Millionen von Impulsen pro Sekunde aussendet und so die Details von Objekten im Raum abbildet. Aufgrund seiner aktiven Emissionseigenschaften wird Lidar nur minimal von Änderungen des Umgebungslichts beeinflusst.
1. Sicherheits-Laserscanner bieten im Vergleich zu Lichtvorhängen Vorteile hinsichtlich des Einbauorts. Auch die Ausrichtung der optischen Achse bei der Installation ist kinderleicht. Selbst komplexe Schutzzonen lassen sich mithilfe einer intuitiven Software einfach konfigurieren.
2. Im Vergleich zu Schaltmatten besteht bei Sicherheits-Laserscannern keine Gefahr von Beschädigungen durch herabfallende Werkstücke. Schutzzonen mit Sicherheits-Laserscannern sind frei konfigurierbar, sodass Layoutänderungen einfach umgesetzt werden können. Bei Layoutänderungen ist es nicht notwendig, unterschiedliche Größen und Formen von Schaltmatten vorrätig zu halten, um unterschiedliche Schutzzonenformen zu schaffen.
3. Im Vergleich zu anderen Sicherheitsgeräten unterliegen Sicherheitslaserscanner weniger Einschränkungen hinsichtlich Installationsort und Schutzbereichen. Sie sind einfach zu installieren und weisen ein minimales Ausfallrisiko auf, was sie zu effektiven Sicherheitsgeräten für den Schutz macht.
In der Robotik bietet Lidar enorme Anwendungspotenziale. Ob Service- oder Industrieroboter – Lidar liefert präzise Navigations- und Positionierungsdaten und ermöglicht so autonome Bewegungen und Hindernisvermeidung. Mithilfe von 2D-Lidar wurden im Bereich mobiler Roboter wie Logistikrobotern, gewerblichen Reinigungsrobotern und Lieferrobotern erhebliche Fortschritte erzielt. Mit fortschreitender Technologieentwicklung und sinkenden Kosten wird sich der Einsatz von Lidar in der Robotik weiter verbreiten und die rasante Entwicklung der Robotertechnologie vorantreiben.
Vorteile von 2D-Radar im Vergleich zu 3D-Radar
Bei der Entscheidung zwischen 2D- und 3D-Radar basieren die Entscheidungen in der Regel auf spezifischen Anwendungsanforderungen, Kostenüberlegungen und technologischen Einschränkungen. Während 3D-Radar erhebliche Vorteile bei der Erfassung von Tiefeninformationen zur Umgebung, der Erkennung von Hindernissen und der Gestaltung befahrbarer Bereiche bietet, ist 2D-Radar in bestimmten Szenarien nach wie vor beliebter.
Kostenüberlegungen: Im Allgemeinen sind die Herstellungskosten und die technische Komplexität von 3D-Radar höher als die von 2D-Radar. Für Anwendungen mit begrenztem Budget oder solche, die keine komplexe Umgebungswahrnehmung erfordern, kann 2D-Radar die wirtschaftlich sinnvollere Wahl sein.
Anwendungsanforderungen: 2D-Radar liefert primär zweidimensionale Bilder. Obwohl es keine Höheninformationen liefert, reicht es für Anwendungen aus, die nur eine ebene Navigation oder einfache Hinderniserkennung erfordern. Beispielsweise kann 2D-Radar in einigen einfachen Automatisierungsszenarien ausreichen.
Technologische Einschränkungen: Unter bestimmten Umgebungen oder Bedingungen kann es zu Funktionseinschränkungen oder Leistungseinbußen beim 3D-Radar kommen. Beispielsweise kann bei starkem Regen, Schnee, dichtem Nebel und anderen Wetterbedingungen die Erkennungsfähigkeit von Infrarotwellen deutlich nachlassen, was die Leistung des 3D-Radars beeinträchtigen kann. 2D-Radar hingegen reagiert möglicherweise weniger empfindlich auf diese Bedingungen und ist daher potenziell zuverlässiger.