Lidar und 3D-Sensor: Wie der K900 seine Umgebung erkennt

Lidar und 3D-Sensor: Wie der K900 seine Umgebung erkennt

Der K900 bewegt sich sicher durch verschiedene Umgebungen. Doch wie macht er das, ohne überall zu kollidieren oder am Schmutz vorbeizufahren? Wir klären auf. 

Die Antwort lautet Lidar. Das Akronym steht für „Light Detection and Ranging” – zu Deutsch: “Lichterkennung und Entfernungsmessung“ . Damit tastet der K900 seine Umgebung ab. Das Gerät erinnert an einen Radar (Radio Detection and Ranging), jedoch mit dem Unterschied, dass ein Lidar Laserimpulse anstatt Funkwellen verwendet. Das Messprinzip ist jedoch das Gleiche. Mit dem Lidar kann man vorteilhaft kleine Objekte in unmittelbarer Nähe erkennen und weit entfernte, grössere Hindernisse. 

Ungefährliche Strahlen zur Erkennung 

Beim Lidar handelt es sich also um einen aktiven Sensor, der gleichgerichtete, gleichfarbige Laserimpulse horizontal aus der Sensoröffnung (Apertur), 30 cm über dem Boden, aussendet. Die Sensorhöhe über Grund entspricht dabei dem Optimum in Bezug auf die Sensorreichweite und ist genügend weit weg entfernt von möglichen Staubaufwirbelungen. Damit wird ein zügiges Agieren des Roboters garantiert. Die Strahlen sind für das menschliche Auge unsichtbar und ungefährlich.  

40-mal pro Sekunde wird die Umgebung des Reinigungsroboters abgetastet. Anhand des zurückgestreuten oder reflektierten Lichtes innerhalb der umliegenden zwanzig Meter kann er sich ein Bild seiner Umgebung machen und berechnet damit autonom seine interne Navigationskarte. 

Für diese aktive Ortungsmethode eignen sich vor allem grosse Flächen und sich nicht bewegende (statische) Gegenstände. Sehr dunkle Farben, welche das Licht absorbieren und somit wenig Strahlung reflektieren oder transparentes Material wie Glas, müssen bei der Inbetriebnahme des K900 berücksichtigt werden. Aber auch für solch schwierige Gegenstände stehen smarte Lösungen bereit.   

3D-Sensor unterstützt den Lidar optimal 

Um den Lidar-Sensor bei der Hinderniserkennung zu unterstützen, verfügt der K900 über eine 3D-Sensor. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kamera werden nicht Farben, sondern die Reflektivität und relative Distanz 
(3D-Punkte) der Umgebung zum Roboter wahrgenommen.

Zudem ist der 3D-Sensor mit einem Sichtfeld (FOV) von rund zwei Metern auf den Boden gerichtet. Sie dient der Erkennung von niedrigen Hindernissen. Da der Sensor keine Bilder permanent speichert, ist der K900 für den Einsatz in einem sensitiven Umfeld prädestiniert (zum Beispiel Serverfarmen, Flugzeughangars, Banktresore). Weder Texte und Personen können erkannt werden.

Im Gegensatz zum Lidar erkennt die Kamera ihre Umgebung “nur” 6-8-mal pro Sekunde, dafür werden pro Messung knapp 40’000 Punkte ausgemessen, was einer viertel Million Messwerte pro Sekunde entspricht. 

Die Messwerte beider Sensoren werden in der Recheneinheit des Roboters fusioniert und bieten in Kombination eine, bezüglich Präzision und Zuverlässigkeit, optimale Navigationslösung. 

Datenverarbeitung in Echtzeit 

Technische Herausforderung in der Entwicklung des K900 Navigationssystems liegen in der raschen Datenverarbeitung mit Echtzeitanforderungen. Da der Roboter sich zügig bewegt, muss die Recheneinheit den ständigen Strom von Messdaten aus Lidar und Kamera prozessieren, um daraus Steuerkommandos für sein Fahrwerk ableiten zu können. 

Die reibungslose und zuverlässige Funktion wird durch eigens entwickelte Hardware, neuste Programmiertechniken und umfangreiches Testen erreicht. So spielen alle Teilsysteme des K900 in Perfektion zusammen.