宇樹科技是大家非常熟悉的著名機(jī)器人公司，開發(fā)了很多優(yōu)秀的四足和雙足機(jī)器人產(chǎn)品。

除了機(jī)器人整機(jī)，宇樹科技還自研了激光雷達(dá)產(chǎn)品：Unitree 4D Lidar L1和L2。

圖片來源：宇樹科技

L1和L2在工作原理上類似，本文以L1為例，通過硬件拆解，對(duì)其工作原理做一下淺析。

圖片來源：宇樹科技

01基本參數(shù)和應(yīng)用

宇樹科技激光雷達(dá)L1是2023年3月上市，L2是L1的升級(jí)版，在2024年11月上市。

兩者性能對(duì)比如下：

圖片來源：宇樹科技

02 整體結(jié)構(gòu)

L1激光雷達(dá)采用機(jī)械式掃描方案，由高速和低速兩個(gè)電機(jī)，帶動(dòng)掃描組件旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)垂直和水平兩個(gè)方向的掃描。

兩個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向如下圖所示。

1. FOV L1

可實(shí)現(xiàn)水平360°和垂直90°的FOV，如下圖所示。

素材來源：宇樹科技

L1的點(diǎn)云密度在不同的FOV區(qū)域有所區(qū)別，越靠近中心，點(diǎn)云密度越大：

素材來源：宇樹科技

2. 整體結(jié)構(gòu)

L1的整體結(jié)構(gòu)由固定和旋轉(zhuǎn)兩部分組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面示意圖如下。

其中，下面綠色元件為固定部分，上面黃色元件為旋轉(zhuǎn)部分。（注：里面組件名稱為筆者自定，未必是準(zhǔn)確稱謂，僅用于方便說明組件功能）

其中，上下兩塊電路板通過電磁感應(yīng)傳輸電能，通過光通信傳輸數(shù)據(jù)。

拆解之后的主要元件：

03 控制電路板和水平旋轉(zhuǎn)

1. 下電路板

下電路板的元件如下。

由于芯片看不到絲印，因此很難判斷芯片主要功能。根據(jù)器件外觀，推測(cè)主要用于水平掃描電機(jī)的控制、IMU信號(hào)處理、整機(jī)控制和外部信號(hào)通信。

2. 水平電機(jī)+軸承等總成

該總成主要包括定子線圈、軸承、轉(zhuǎn)子支撐環(huán)、供電線圈等，這部分組件在整個(gè)雷達(dá)中的位置如下：

實(shí)物照片如下：

3. 轉(zhuǎn)子+受電線圈等總成

該總成主要包括轉(zhuǎn)子、受電線圈等，這部分組件在整個(gè)雷達(dá)中的位置如下：

實(shí)物照片如下：

4. 上電路板

上電路板的主要元件如下。

上電路板的芯片也看不到絲印，根據(jù)器件外觀，推測(cè)主要用于垂直掃描電機(jī)的控制、激光器控制和激光接收信號(hào)處理等。

04 收發(fā)模組

1. 收發(fā)掃描模塊

L1的收發(fā)原理圖如下：

收發(fā)掃描模塊總成：

2. 發(fā)射單元

激光器安裝在接收聚光透鏡的中間：

將激光器電路板拆下來之后，如下：

將激光器取下，可以看到是一顆TO封裝的EEL激光器：

TO（Transisitor Outline，晶體管外形）是一種晶體管封裝，將相關(guān)器件被成型加工，方便用于表面貼裝。TO封裝的原理如下：

圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

準(zhǔn)直鏡和上面激光器通過螺絲連接：

發(fā)射的激光通過準(zhǔn)直鏡后，再經(jīng)過導(dǎo)光管和反射鏡，最終發(fā)射出去。

3. 接收單元

反射的激光經(jīng)過反射鏡反射之后，通過匯聚透鏡，聚焦在接收單元上。

匯聚透鏡及其支架如下：

接收單元電路板如下，其中核心是一顆APD：

這是其中放大40倍的APD（去掉濾光片）：

4. 垂直掃描機(jī)構(gòu)

在L1中，由一個(gè)高速電機(jī)帶動(dòng)反射鏡和導(dǎo)光管一同旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)垂直方向的掃描。

05 特點(diǎn)淺析

1. 數(shù)據(jù)傳輸方案

L1的上下兩塊電路板有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它們之間采用光通信技術(shù)進(jìn)行非接觸式數(shù)據(jù)交換。

在光通信系統(tǒng)中，發(fā)送端通過發(fā)光二極管，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后發(fā)射，接收端通過光敏二極管接收光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。基本結(jié)構(gòu)如下：

圖片來源：韓劉幫等，《基于LED可見光全雙工通信的旋轉(zhuǎn)部件數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)》

基本原理：

圖片來源：韓劉幫等，《基于LED可見光全雙工通信的旋轉(zhuǎn)部件數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)》

無線光通信技術(shù)具有體積小、重量輕、傳輸速率高、抗電磁干擾性強(qiáng)、傳輸帶寬大等優(yōu)勢(shì)，在非接觸數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。 

2. 電源傳輸方案

對(duì)于上下兩塊電路板之間的電源傳輸，L1采用了電磁感應(yīng)方案，該技術(shù)在無線充電方面被廣泛應(yīng)用。

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，電和磁場(chǎng)在一定條件下能夠互相轉(zhuǎn)換。電能傳輸?shù)脑砣缦拢?/span>

當(dāng)電流流過發(fā)送端線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而接收端線圈通過感應(yīng)這個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生電流，從而實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。

3. 感知性能

從上述結(jié)構(gòu)分析中可以看到，L1產(chǎn)品采用了單點(diǎn)EEL+APD方案，未采用大算力處理芯片，使用UART對(duì)外傳輸點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

從測(cè)距范圍和點(diǎn)頻密度來看，宇樹L1適用于較近距場(chǎng)景，是一種低成本的激光雷達(dá)解決方案。