宇樹機器人感知系統_激光雷達篇

本周講解感知系統，以當今最火的宇樹機器人為例進行介紹，今天給大家講解，感知系統的中的激光雷達，希望對大家工作有所幫助。

目前宇樹不僅做機器人，還做其感知系統的雷達，它在機器人中主要做感知功能，其與智能駕駛中的感知類似，輸出點云，與視覺攝像頭做融合定位，下面是詳細介紹。

Unitree 4D LiDAR-L2 是一款高性價比、安全可靠的 4D 激光雷達（3D 位置 +1D 灰度），它具有實現每秒 64000 次的高速激光測距采樣能力，可廣泛應用于機器人、智慧城市、智能玩具、物流等領域，支持建圖、定位、識別、避障、環境掃描、3D 重建等功能的實現。

■ 主要特性■

· L2 雷達可探測最近 0.05 米、最遠距離 30 米的物體（90% 反射率）。

· L2 整機小巧輕便，重量僅 230 克，適合通用的機器人環境掃描、定位、建圖、導航和避障。

· L2 擁有出色的超廣角掃描能力，視場角（FOV）擴展至水平 360°，豎直 90°，可實現半球形視場角的三維空間探測，應用范圍可擴大到更多的商用場景。

· 此外，L2 還支持負角度模式，在負角度模式下視場角將進一步擴展至水平 360°，豎直 96°，所拓展的 6°視場角對應范圍的最遠測量距離會稍近一些。

· L2 內置 3 軸加速度和 3 軸陀螺儀的 IMU 模塊，支持 1KHz 的采樣頻率與 500Hz 的上報頻率。

· L2 的周向掃描頻率為 5.55Hz，豎直掃描頻率為 216Hz，有效采樣頻率為 64000 點 / 秒。

· L2 不僅具有優異的性能，還具備高可靠性，滿足 -10℃~50℃的工作環境溫度范圍以及 IEC-60825 Class 1 人眼安全等級。

· L2 支持控制 3D/2D 模式、正常模式 / 負角度模式、IMU 的使能控制、串口輸出 / 網口輸出、上單自啟動 / 指令啟動、灰度使能。出廠默認參數為：3D 模式、負角度模式、IMU Disable、ENET 網口輸出、SELF START、GARY ON。

■ 整體組成 ■

L2 雷達主要包括激光發射及測距核心、反光鏡、高速旋轉電機、低速旋轉電機。在工作狀態時，按圖示視角，高速旋轉電機、低速旋轉電機的旋轉方向如下圖所示。

■ 通訊方式 ■

L2 的通訊支持 ENET UDP 和 TTL UART。

當使用 ENET UDP 通訊時，連接 L2 的網口以及電源口即可。

■ 工作原理 ■

L2 采用了激光飛行時間測距技術，配合高速激光采集處理機構，可實現每秒 64000 次的測距動作。

每次測距動作，L2 發射 ns 級別窄脈沖紅外激光信號，該激光信號在照射到目標物體后反射的光會被雷達的激光采集系統接收，經過處理器分析處理，從通訊接口中輸出被照射到的目標物體與 L2 的距離值以及當前的夾角等信息。

■ 部件說明 ■

光學窗口：通過光學窗口向外發散的激光光束能夠對視場角（FOV）范圍內的物體進行掃描。

出線口：L2 出線有三個端子，分別為 DC3.5-1.35 供電頭（電源口）、RJ45 母頭（網口）、GH1.25-4Y 公頭（串口），詳細的線序請查閱接口定義章節。

定位槽：共 4 個定位槽，在設計固定支架時，可以利用定位槽來提高整機的定位精度。具體尺寸請參考安裝尺寸章節。

M3 安裝孔：共 4 個安裝孔，可使用 M3 螺絲將 L2 固定在合適的位置上。

■ 有效視場角（FOV）范圍 ■

L2 內部包含高速電機和低速電機，高速電機帶動反光鏡旋轉，實現豎直方向 180°范圍的測量， 再通過低速旋轉電機帶動測量核心部分 360°旋轉，從而實現 360*90°的半球形超廣角掃描， 可對雷達上方 360°的三維空間進行測量，具體如下圖所示。安裝時請注意 FOV 的有效范圍， 避免遮擋 FOV 區域。

L2 支持負角度模式，在負角度時，水平方向視場角不變，垂直方向視場角拓展至 96°。在負角 度模式下，所拓展的 6°視場角對應范圍的最遠測量距離會稍近一些。

L2 的點云密度在不同的 FOV 區域內有所區別，越靠近中心點云密度越大，可參考下圖。

L2 正上方視野的量程最遠。此外，L2 正上方會有一個極小角度的視野空缺區域，為算法校正后的正常現象。

■ 宇樹激光雷達參數對比■

宇樹的激光雷達，參數如下所示：

■ 優勢

1. 價格：宇樹L2的售價范圍在999-1299元，相對較低，具有較高的性價比。

2. 體積小巧：尺寸為75x75x65mm，重量為230g，適合需要輕便和小型化的應用場景。

3. 機械式掃描：雖然機械式掃描的可靠性較高，但宇樹L2采用的是雙電機轉鏡，可能在一定程度上提高了掃描的穩定性和精度。

4. 功耗較低：功耗為6W，適合對功耗要求較高的應用場景。

■ 劣勢

· 最大測距較短

最大測距僅為15m@10%，相比其他激光雷達（如覽沃MID-360和禾賽JT128）的最大測距要短，限制了其在遠距離測量中的應用。

· 測距精度雖然較高

但相較于其他高精度激光雷達仍稍遜一籌，例如速騰Airy的1cm。

· 分辨率較低

分辨率為0.64°，相較于其他高分辨率激光雷達（如速騰Airy的0.4°（H）x0.94°（V））表現一般。

· 線數較少

只有16線，相較于其他多線激光雷達（如禾賽JT128的128線），在點云數據的采集和處理能力上較弱。

· 點頻較低

點頻為2.16萬點/秒，相較于點頻較高的激光雷達（如速騰Airy的86萬點/秒），在動態場景的感知能力上有所不足。

綜上所述，宇樹L2激光雷達在價格、體積和功耗方面具有優勢，但在測距、分辨率、線數和點頻方面存在一定的劣勢，適合在價格敏感且對性能要求不高的應用場景中使用。

■ 宇樹科技激光雷達拆解分析 ■

下圖為拆解圖，可以參考，其構造與功能，與普通的激光雷達基本一致，

1. 水平電機+軸承等總成

功能：該總成負責激光雷達的水平方向旋轉運動。通過電機驅動和軸承的支撐，實現激光雷達在水平面上的掃描。

2. 上蓋

功能：保護激光雷達的內部組件，防止灰塵、水分和其他環境因素的侵入，起到防護作用。

3. 下蓋

功能：與上蓋一起，提供完整的殼體，保護內部電路和機械部件，確保設備正常運行。

4. 下電路板

功能：控制和處理激光雷達的數據。包括信號的接收、處理和傳輸等，是激光雷達的核心控制部分。

5. 轉子+受電線圈等總成

功能：該總成涉及激光發射和接收的旋轉部分。轉子負責帶動激光發射器旋轉，受電線圈則用于接收反射回來的信號。

6. 墊圈

功能：起到密封和減震的作用，確保各個部件之間的連接牢固，同時防止松動和減少震動對設備的影響。

7. 支撐圈

功能：用于固定和保護內部組件，提供穩定的支撐，確保各部件在設備運行過程中的穩定性和可靠性。

8. 掃描模塊支架+電機等總成

功能：能夠覆蓋指定的掃描范圍。用于固定掃描模塊，并通過電機驅動實現掃描模塊的運動，確保激光束

9. 匯聚透鏡和支架

功能：匯聚透鏡用于將發散的激光束匯聚成平行光，或者將平行光匯聚到接收器上，提高激光束的利用率和接收信號的準確性。支架用于固定透鏡。

10. 激光器和接收單元

功能：激光器負責發射激光束，接收單元負責接收反射回來的激光信號，通過測量信號的時間差來計算距離。

11. 上電路板

功能：與下電路板一起，共同完成激光雷達的數據處理和控制任務，包括信號的數字化、濾波、分析以及數據傳輸等。

■ 優劣勢總結 ■

因為為簡單拆解，從工藝角度，與目前車規級別的有一定差異，其軸承，密封還不錯，一線大廠產品。電機因暫未破壞，故看不到銅線其定子的好壞，后續弄好，分享給大家！

其機械總成，沒啥評論，不是核心件，越便宜越好！

其性能及軟件，需要下載官方SDK進行驗證，故但從結構，工藝，應該算可以，其與汽車的激光雷達，差異不大。