LiDAR Nedir ve Endüstriyel Otomasyonda Neden Kullanılır?

LiDAR, lazer ışığının hedefe gönderilmesi ve geri dönüş süresinin ölçülmesi prensibiyle çevredeki nesnelerin mesafesini belirleyen bir algılama teknolojisidir. Endüstriyel otomasyonda LiDAR sensörleri özellikle mobil robot navigasyonu, çevresel haritalama, engel algılama, konumlandırma, alan izleme ve nesne tespiti gibi görevlerde kullanılır.

Ancak tüm LiDAR sensörleri aynı türde veri üretmez. Temel ayrım, sensörün çevreyi tek bir tarama düzleminde mi yoksa yükseklik bilgisini de içeren hacimsel bir görüş alanında mı algıladığıdır. Bu fark, 2D ve 3D LiDAR sistemlerinin kullanım alanlarını doğrudan belirler.

Mega Sensör'ün Hokuyo LiDAR ve alan tarayıcı ürünleri arasında hem 2D tarama yapan kompakt modeller hem de 3D çevresel algılama sağlayan çözümler bulunmaktadır.

2D LiDAR ile 3D LiDAR Arasındaki Temel Fark Nedir?

Aradaki en kritik fark toplanan çevresel verinin boyutudur. 2D LiDAR bir kesit oluştururken 3D LiDAR çevrenin hacimsel temsilini oluşturabilecek çok daha fazla nokta toplar.

2D LiDAR Nasıl Çalışır?

2D LiDAR sensörü lazer ışınını belirli bir açısal görüş alanı boyunca tarayarak her açıda kendisine en yakın veya algılanabilen hedeflerin mesafe bilgisini toplar. Bu noktalar birleştirildiğinde sensör çevresindeki ortamın iki boyutlu bir kesiti ortaya çıkar.

Örneğin bir AMR'nin ön veya üst bölümüne yatay olarak yerleştirilen 2D LiDAR, robotun çevresindeki raf ayağını, duvarı, paleti, makineyi veya kolonu algılayabilir. Robot yazılımı bu mesafe verilerini kullanarak konumunu hesaplayabilir, harita oluşturabilir veya hareket güzergâhında engel olup olmadığını değerlendirebilir.

Hokuyo'nun resmi teknik bilgilerine göre UST-30LX, 270° tarama açısı ve 25 ms tarama süresiyle çalışan kompakt bir dış ortam LiDAR çözümüdür. Ürünün teknik detayları Hokuyo UST-30LX resmi ürün sayfasında da incelenebilir.

2D LiDAR Hangi Uygulamalarda Kullanılmalı?

3D LiDAR Nasıl Çalışır?

3D LiDAR yalnızca yatay doğrultuda mesafe noktaları üretmez. Sensörün dikey görüş alanı sayesinde farklı yüksekliklerdeki hedeflerden de mesafe bilgisi alınır. Böylece raflar, kutular, rampalar, araçlar, makine parçaları ve farklı yükseklikte bulunan engeller üç boyutlu nokta verileriyle temsil edilebilir.

Bu nedenle 3D LiDAR'ın temel avantajı “daha uzak görmek” değildir. Asıl fark, ortamın geometrisini daha fazla eksende anlayabilmesidir. Bir engelin yalnızca robotun önünde bulunduğunu değil; belirli koşullarda engelin yüksekliği ve hacimsel konumu hakkında da bilgi üretilebilir.

YVT-35LX'in güncel teknik görüş alanı, ölçüm yapısı ve ürün dokümanları Hokuyo'nun resmi YVT-35LX ürün sayfasından da incelenebilir.

3D LiDAR Hangi Durumlarda Daha Fazla Avantaj Sağlar?

• Farklı yükseklikte engeller bulunuyorsa: Tarama düzleminin üzerinde veya altında kalan nesnelerin de algılanması gerekiyorsa.
• Rampa ve eğimli yüzeyler varsa: Robotun karşısındaki ortam yalnızca düz zemin geometrisinden oluşmuyorsa.
• Raf ve yük geometrisi analiz edilecekse: Raf üzerindeki kutular, taşan yükler veya hacimsel nesneler algılanacaksa.
• 3D haritalama gerekiyorsa: Ortam yalnızca kuşbakışı bir kontur olarak değil, üç boyutlu olarak modellenmek isteniyorsa.
• Karmaşık robotik uygulamalar varsa: Robotun çevresindeki nesnelerin farklı yükseklik seviyelerindeki konumları önemliyse.
• Yalnızca zemin seviyesindeki engeller yeterli değilse: Çıkıntı, üst yapı veya robot gövdesinin farklı seviyelerine çarpabilecek nesneler dikkate alınacaksa.

AMR ve AGV Uygulamalarında 2D LiDAR mı 3D LiDAR mı?

AMR veya AGV geliştirilirken en sık yapılan hatalardan biri, sensör seçiminde doğrudan en fazla veriyi üreten teknolojiye yönelmektir. Oysa daha fazla veri her zaman daha doğru sistem anlamına gelmez.

Düz zemin üzerinde çalışan, raf koridorlarında ilerleyen ve çevredeki engellerin büyük bölümü sensörün tarama yüksekliğiyle kesişen bir AMR için iyi konumlandırılmış bir 2D LiDAR navigasyon açısından yeterli olabilir. Böyle bir yapıda daha düşük veri hacmi, yazılım geliştirme ve gerçek zamanlı işleme tarafında sistemi sadeleştirebilir.

Buna karşılık üretim alanında farklı yükseklikte yükler, eğimli yüzeyler, paletten taşan parçalar, düzensiz geometriler veya üst seviyedeki engeller bulunuyorsa, 3D çevresel algılama önemli hale gelebilir.

AMR uygulamalarında güvenlik odaklı Hokuyo çözümleri hakkında daha fazla bilgi için AMR uygulamalarında Hokuyo UAM-05LPA kullanımını ele aldığımız içeriği de inceleyebilirsiniz.

LiDAR Seçerken Sadece 2D veya 3D Olmasına Bakmayın

Bir LiDAR sensörünü yalnızca “2D” veya “3D” etiketiyle seçmek doğru değildir. Aynı kategorideki iki sensör arasında dahi menzil, çözünürlük, tarama süresi ve çevresel dayanım açısından önemli farklar olabilir.

2D LiDAR'ın Görmediği Bir Engel Ne Zaman Problem Olur?

2D LiDAR'ın sınırlamasını anlamanın en kolay yolu sensörün çevreyi ince bir lazer düzlemi olarak gördüğünü düşünmektir.

Örneğin sensör yerden belirli bir yükseklikte bulunuyorsa, bu düzlemin altından veya üstünden başlayan bazı geometriler sensörün ölçüm kesitiyle kesişmeyebilir. Bir raf çıkıntısı, yüksekten uzanan parça veya belirli yükseklikte bulunan yük, yalnızca alt seviyedeki 2D taramaya güvenilen sistemlerde ayrıca değerlendirilmelidir.

Bu nedenle sensör montaj yüksekliği, tesis içindeki gerçek engeller görülmeden belirlenmemelidir. Uygulamada robotun yalnızca taban genişliği değil; taşıdığı yük, üst yapı ve hareket sırasında kapladığı toplam hacim dikkate alınmalıdır.

3D LiDAR Her Zaman Daha İyi Bir Seçim midir?

Hayır. 3D LiDAR daha fazla çevresel bilgi üretebilir ancak uygulama bu bilgiye ihtiyaç duymuyorsa sistem gereksiz şekilde karmaşık hale gelebilir.

3D nokta bulutu daha yüksek veri hacmi oluşturabilir. Bu verinin filtrelenmesi, anlamlandırılması ve gerçek zamanlı işlenmesi için yazılım ve donanım tarafında daha fazla kaynak gerekebilir. Bu nedenle sade bir 2D navigasyon problemi için 3D LiDAR kullanmak, her projede teknik veya ekonomik açıdan gerekli değildir.

Aynı şekilde karmaşık yükseklik geometrisine sahip bir ortamda yalnızca 2D LiDAR kullanmak da sensör sayısını artırma veya ek algılama teknolojileri kullanma ihtiyacına yol açabilir. En doğru yaklaşım sistemin algılaması gereken gerçek nesnelerin belirlenmesiyle başlar.

Hangi Uygulamada Hangisini Seçmelisiniz?

Dış Ortam Uygulamalarında Seçim Nasıl Değişir?

Açık saha uygulamalarında yalnızca 2D veya 3D ayrımı yapmak yeterli değildir. Yağmur, sis, kar, yoğun ortam ışığı, sıcaklık değişimi ve hedef yüzeyin yansıtma karakteristiği ölçüm performansını etkileyebilir.

Örneğin Hokuyo'nun bazı dış ortam LiDAR modellerinde birden fazla geri dönüşün değerlendirilmesine yardımcı olan multi-echo özellikleri bulunmaktadır. Bu yaklaşım sis, yağmur veya benzeri ortam etkilerinden kaynaklanan farklı lazer geri dönüşlerinin işlenmesinde avantaj sağlayabilir.

Uzun menzil gerektiren uygulamalarda Mega Sensör ürün gamındaki Hokuyo UXM-30LXH-EHA gibi dış ortam odaklı LiDAR modelleri de proje koşullarına göre değerlendirilebilir.

Güvenlik LiDAR'ı ile Navigasyon LiDAR'ını Karıştırmayın

Örneğin bir AMR'nin navigasyon algoritması için çevresel harita oluşturan LiDAR ile robotun güvenli durdurma alanlarını yöneten güvenlik tarayıcısının görevleri farklı olabilir. Hokuyo'nun mobil robot güvenliği tarafındaki çözümleri için UAM-05LPA ve AMR güvenliği içeriğimizi inceleyebilirsiniz.

Mega Sensör Perspektifi: Sensörü Uygulamadan Bağımsız Seçmeyin

LiDAR projelerinde doğru sonuç genellikle katalogdaki en yüksek menzil, en geniş görüş açısı veya en yoğun nokta verisine sahip ürünü seçmekten gelmez. Sensörün gerçek çalışma ortamına doğru şekilde eşleştirilmesi gerekir.

Sonuç: 2D mi, 3D mi?

2D LiDAR ve 3D LiDAR birbirinin doğrudan alternatifi olan iki teknoloji gibi görünse de, gerçekte farklı çevresel bilgi ihtiyaçlarına cevap verir.

Eğer uygulamada robotun bulunduğu düzlemdeki duvarların, kolonların, rafların ve engellerin konumu yeterliyse; 2D LiDAR kompakt, hızlı ve sade bir çözüm sağlayabilir. Bu nedenle Hokuyo UST ailesi gibi 2D tarayıcılar AMR, AGV, SLAM ve çevresel algılama uygulamalarında güçlü bir seçenek oluşturur.

Buna karşılık sistemin yükseklik bilgisini de anlaması, farklı seviyelerde bulunan nesneleri algılaması veya çevreyi üç boyutlu olarak modellemesi gerekiyorsa, Hokuyo YVT-35LX gibi 3D LiDAR çözümleri değerlendirilmelidir.

En doğru LiDAR seçimi; menzil + görüş alanı + çözünürlük + tarama hızı + hedef yüzey + çevresel koşullar + yazılım altyapısı + mekanik yerleşim birlikte değerlendirildiğinde yapılabilir.

2D ve 3D LiDAR Hakkında Sık Sorulan Sorular