Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0, các công nghệ như robot, AI, IoT, và tự động hóa ngày càng được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất. Trong đó, cảm biến LiDAR (Light Detection and Ranging) là một trong những linh kiện quan trọng giúc robot hoạt động một cách thông minh, linh hoạt và an toàn.
Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ về khái niệm cảm biến Lidar là gì, nguyên lý hoạt động, và ứng dụng của cảm biến LiDAR trong
robot công nghiệp một cách chi tiết nhất.
Cảm Biến LiDAR Là Gì?
LiDAR là viết tắt của "Light Detection and Ranging", hay còn gọi là quét laser 3D. Cám biến LiDAR là thiết bị dùng ánh sáng laser để đo khoảng cách giữa cảm biến và vật thể xung quanh. Thông qua việc phát ra xung laser và đo thời gian phản hồi, LiDAR tính toán và tạo ra bản đồ môi trường 3D chính xác.
Khác với các cảm biến tiếp xúc hay của camera truyền thống, LiDAR mang đến độ chi tiết cao và độ chính xác trong nhiều loại điều kiện ánh sáng, thời tiết và không gian hạn chế.
Nguyên Lý Hoạt Động Của LiDAR
Cảm biến LiDAR hoạt động dựa trên nguyên lý đo thời gian bay (ToF - Time of Flight):
- Phát xung laser: LiDAR phát ra tia laser hịp nhất về hướng.
- Phản xạ: Tia laser va chạm với vật thể rồi phản xạ về.
- Thu thập: Cảm biến nhận xung phản hồi.
- Tính toán: Thiết bị tính toán khoảng cách dựa trên thời gian tia laser đi và về.
- Tạo bản đồ: Từ nhiều tía đo, LiDAR xây dựng môi trường 2D hoặc 3D.
Các loại cảm biến LiDAR
- LiDAR xoay quét (Rotary Lidar): dùng trong xe tự lái và UAV, quét toàn cảnh theo chiều ngang.
- LiDAR tĩnh: được gắn cố định, dùng cho giám sát khu vực hẹp.
- Flash LiDAR: phát tia laser rộng một lần và thu toàn bộ đám mây điểm cùng lúc, thích hợp cho ứng dụng tầm ngắn
Ưu Điểm Và Nhược Điểm Của LiDAR
Ưu điểm:
- Độ chính xác và tốc độ quét cao, tạo dữ liệu 3D chất lượng trong thời gian thực.
- Hoạt động tốt trong nhiều điều kiện: ngày, đêm, mưa, dù bụi mờ.
- Dễ tích hợp với sensor khác như camera, GPS, IMU để nâng cao hiệu quả nhận diện.
- Hoạt động tự động, không cần can thiệp thủ công nhiều.
Nhược điểm:
- Giá thành cao hơn so với cảm biến truyền thống.
- Hiệu quả suy giảm trong điều kiện mây, sương khói hoặc mưa lớn.
- Dữ liệu thu thập lớn, cần xử lý qua phần mềm mạnh.
- Một số thiết bị phát tia mạnh, nên tuân thủ quy định an toàn nhìn.
Ứng Dụng Của Cảm Biến LiDAR Trong Robotics
Di chuyển linh hoạt
Trong nhà máy hoặc kho bãi, robot có thể di chuyển linh hoạt nhờ các dữ liệu từ LiDAR. Việc quét 360 độ giúp robot nhận diện chướng ngại vật và tự điều chỉnh hướng đi an toàn. Khi kết hợp với thuật toán SLAM, robot có thể tự xác định vị trí và tạo bản đồ môi trường mới liên tục.
Quét dữ liệu và giám sát tải trọng
Trong các dây chuyền sản xuất, LiDAR được dùng để giám sát khối lượng và vị trí sản phẩm. Các robot có thể dựa vào dữ liệu này để xử lý, phân loại hoặc điều chỉnh vận tốc.
Phát hiện chướng ngại vật
Cám biến LiDAR phát hiện chướng ngại trên đường đi, ngăn robot va chạm. Khá năng phát hiện nhóm vật tỉ vi như con người, xe nâng, kệ đồ v.v. được đều đồng đồng.
Tránh va chạm
LiDAR cho phép robot dự đoán nguy cơ va chạm và tự thay đổi lộ trình di chuyển. Hệ thống này đặc biệt hữu ích trong xe AGV, robot giao hàng, xe tự hành trong nhà máy.
Phân loại và xác định vật thể
Trong dây chuyền đóng gói hoặc kiểm định, LiDAR hỗ trợ robot nhận dạng hình dạng, kích thước và vị trí sản phẩm. Tâm soát được sai số, tăng tốc độ xử lý.
Lợi Ích Khi Ứng Dụng Cảm Biến LiDAR Vào Robot
- Nâng cao độ an toàn: Nhận biết sớm nguy hiểm, bảo vệ con người.
- Hiệu quả xử lý nhanh: Phù hợp sản xuất tốc độ cao.
- Tiết kiệm chi phí: Giảm thất thoát do va chạm hoặc sai số.
- Khả năng tích hợp mở rộng: LiDAR dễ dàng tích hợp với PLC, HMI, SCADA, v.v.
Kết Luận
Cám biến LiDAR là xu hướng tất yếu trong tương lai của robot công nghiệp. Từ việc hỗ trợ di chuyển, nhận diện chướng ngại, đến tối điều hướng hoạt động linh hoạt và an toàn, LiDAR chính là chìa khóa giúc robot "nhìn thấy" thế giới xung quanh.
Với các doanh nghiệp Việt Nam, ứng dụng LiDAR trong robot tự động hoá sẽ giúc tăng năng suất, tiết kiệm chi phí và bảo đảm an toàn tuyệt đối trong quy trình sản xuất.
Xem thêm:
Tìm Hiểu Power Cell Và Tủ Power Cell Trong Biến Tần Trung Thế Inovance
