Lidar, ToF và cảm biến siêu âm – 3 công nghệ định vị phổ biến trong robot di động - PAN TRADING JSC

Trong hệ thống robot di động (AMR, robot dịch vụ, robot vận chuyển vật tư, robot vận chuyển đồ ăn...), định vị là yếu tố quyết định độ chính xác và mức độ an toàn.

Để robot hiểu môi trường xung quanh, ba nhóm cảm biến được sử dụng nhiều nhất hiện nay gồm:

Lidar (Light Detection and Ranging)
ToF (Time of Flight camera)
Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor)

Mỗi loại có một vai trò riêng trong bản đồ hoá (mapping), tránh vật cản (obstacle avoidance) và định vị trong thời gian thực (localization).

Lidar – “đôi mắt” tạo bản đồ 360°

Nguyên lý: Lidar phát tia laser và tính thời gian phản hồi để đo khoảng cách đến vật thể. Dữ liệu sau đó dùng để dựng bản đồ 2D hoặc 3D.

Ưu điểm:

Độ chính xác cao (±2–3 cm)
Quét 360°, phù hợp không gian rộng
Ổn định trong ánh sáng yếu
Bản đồ hoá nhanh, hỗ trợ SLAM tốt

Ứng dụng:

Điều hướng chính (primary navigation)
Tạo bản đồ trong các khu vực nhà xưởng, bệnh viện, khách sạn
Giảm va chạm khi robot chạy ở tốc độ cao

Hạn chế:

Nhạy với vật hấp thụ ánh sáng (vải đen, kính)
Giá thành cao hơn cảm biến khác

Hầu hết robot AMR hiện đại đều dùng Lidar làm cảm biến định vị chính.

Camera ToF – xử lý hình dạng và độ sâu (Depth Sensing)

Nguyên lý: Camera ToF phát ánh sáng hồng ngoại, đo thời gian phản xạ để tính độ sâu của hình ảnh → tạo bản đồ 3D trước mặt robot.

Ưu điểm:

Nhận diện vật cản tốt (kể cả vật nhỏ như dây, chân ghế)
Phân loại vật theo hình dạng
Hỗ trợ tránh vật cản chủ động khi Lidar khó phát hiện ở tầm thấp

Ứng dụng:

Phát hiện vật cản trong tầm gần
Nhận diện người di chuyển
Dẫn hướng vào thang máy, cửa hẹp
Nhận diện bậc thềm, khe rãnh

Hạn chế:

Bị nhiễu trong môi trường ánh sáng mạnh
Khoảng cách đo ngắn hơn so với Lidar

ToF thường được dùng kết hợp để tăng độ an toàn cho AMR trong môi trường có người.

Cảm biến siêu âm – lớp an toàn cuối cùng

Nguyên lý: Phát sóng âm tần số cao và đo thời gian phản hồi để xác định khoảng cách.

Ưu điểm:

Giá rẻ
Nhận diện tốt vật mềm, vật hấp thụ ánh sáng
Hoạt động ổn định trong điều kiện bụi hoặc hơi nước

Ứng dụng:

Vùng cận an toàn (safety zone)
Dừng khẩn cấp khi robot quá gần vật cản
Hỗ trợ robot đi sát tường, bo góc

Hạn chế:

Độ phân giải thấp
Không nhận dạng được hình dạng vật thể
Dễ nhiễu ở môi trường ồn

Ultrasonic thường đóng vai trò “cảm biến phụ” nhưng cực kỳ quan trọng trong tiêu chuẩn an toàn CE.

So sánh nhanh 3 công nghệ

Công nghệ	Độ chính xác	Vai trò chính	Ưu điểm	Hạn chế
Lidar	★★★★★	Điều hướng – SLAM	Bản đồ chính xác, quét 360°	Nhạy với kính và vật tối
ToF	★★★★☆	Tránh vật cản	Nhận diện độ sâu tốt	Dễ nhiễu ánh sáng mạnh
Siêu âm	★★★☆☆	An toàn cận robot	Giá thấp, hoạt động tốt với vật mềm	Độ phân giải thấp