AGV/AMR企業(yè)如何選擇最具性?xún)r(jià)比的傳感器解決方案？

文｜黃瑋

隨著移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，其應(yīng)用范圍日益拓寬，因而對(duì)機(jī)器人的感知系統(tǒng)的技術(shù)要求也在逐步提高。

其中，基于ToF技術(shù)路線(xiàn)的3D傳感器因其超強(qiáng)的抗光干擾能力、響應(yīng)速度快以及識(shí)別精度高等多重優(yōu)勢(shì)，近兩年開(kāi)始逐漸受到移動(dòng)機(jī)器人企業(yè)的關(guān)注。但其技術(shù)壁壘較高，系統(tǒng)集成度高，供應(yīng)鏈資源少，生態(tài)圈不成熟，市面上真正能拿出可靠且成熟方案的企業(yè)相對(duì)較少，上海矽印科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“矽印科技”）是其中代表企業(yè)之一。

矽印科技是一家聚焦于ToF技術(shù)和3D傳感器解決方案研發(fā)與生產(chǎn)的高科技企業(yè)，致力于為客戶(hù)提供低功耗、高性?xún)r(jià)比的D-ToF芯片和i-ToF模組，目前已經(jīng)大規(guī)模布局移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)，并取得了一定的成果。目前，矽印科技的多款ToF模塊產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了批量出貨，與國(guó)內(nèi)AGV/AMR、無(wú)人叉車(chē)領(lǐng)域的多家廠商達(dá)成合作。

近日，新戰(zhàn)略移動(dòng)機(jī)器人全媒體記者特別采訪了矽印科技3D視覺(jué)產(chǎn)品總負(fù)責(zé)人程世球先生，與其就移動(dòng)機(jī)器人傳感器應(yīng)用以及公司當(dāng)前發(fā)展情況進(jìn)行了深入探討。

深耕TOF路線(xiàn)，自研TOF芯片 在談到矽印科技為何會(huì)涉足移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)時(shí)，程世球介紹，在公司成立之初，矽印科技就決定專(zhuān)精于ToF感知技術(shù)的研究和應(yīng)用，最初主要布局在掃地機(jī)器人、智慧安防、智慧交通、智慧城市等多個(gè)領(lǐng)域，在ToF技術(shù)實(shí)際應(yīng)用和開(kāi)發(fā)中積累了大量經(jīng)驗(yàn)。近兩年，在關(guān)注到AGV/AMR行業(yè)后，意識(shí)到ToF技術(shù)受環(huán)境光影響小，較高的測(cè)量幀率，在動(dòng)態(tài)環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)秀，同時(shí)對(duì)算力要求不高，相對(duì)于雙目立體成像技術(shù)，ToF基本上不存在盲區(qū)，這些特點(diǎn)在幫助移動(dòng)機(jī)器人快速實(shí)現(xiàn)自我精準(zhǔn)導(dǎo)航和實(shí)時(shí)自主避障上有著突出優(yōu)勢(shì)。

“雖然目前來(lái)看，ToF 傳感器在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模還沒(méi)有完全起來(lái)，但替代是大趨勢(shì)，能夠接受新型解決方案的廠商已占據(jù)一定規(guī)模，目前還有很大一部分使用傳統(tǒng)導(dǎo)航方式的移動(dòng)機(jī)器人廠家市場(chǎng)空間待挖掘。”

程世球表示，工業(yè)自動(dòng)化是大勢(shì)所趨，移動(dòng)機(jī)器人正是工業(yè)自動(dòng)化的核心產(chǎn)品之一，國(guó)內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人市場(chǎng)也在近幾年呈現(xiàn)一路高歌之勢(shì)，矽印科技自進(jìn)入移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域已來(lái)，目前也取得了一些不錯(cuò)的成績(jī)，未來(lái)移動(dòng)機(jī)器人版塊將成為公司重點(diǎn)發(fā)展方向。

“目前，ToF技術(shù)在應(yīng)用層面上依舊存在著諸多挑戰(zhàn)，一是ToF傳感技術(shù)較新，生態(tài)圈不夠完善，主機(jī)廠們想要直接拿現(xiàn)有技術(shù)去實(shí)現(xiàn)高可靠性的應(yīng)用及產(chǎn)品頗為困難；二是面向B端的可定制ToF板卡、模塊以及平臺(tái)都處于市場(chǎng)起步階段，市場(chǎng)上真正可靠且成熟的方案相對(duì)較少；三是依舊存在3D數(shù)據(jù)處理與建模等軟件層面技術(shù)以及人工智能算法門(mén)檻太高等問(wèn)題。”

程世球強(qiáng)調(diào)到，硬件成本居高不下是現(xiàn)階段阻礙ToF應(yīng)用規(guī)模難以擴(kuò)張的重要原因之一，無(wú)論是消費(fèi)級(jí)還是專(zhuān)業(yè)級(jí)應(yīng)用，ToF的成本問(wèn)題主要體現(xiàn)在器件的價(jià)格上，ToF傳感器中最核心的器件在于ToF芯片。

同樣是基于ToF激光測(cè)距原理，傳統(tǒng)的激光雷達(dá)由于分離芯片和器件的設(shè)計(jì)方式，在接受端需要使用多級(jí)模擬和數(shù)字電路，入光電感應(yīng)二極管、跨阻放大器、限幅放大器、比較器、FGPA、高壓偏置、溫度控制等，設(shè)計(jì)復(fù)雜、組裝校準(zhǔn)難度高、成本高。

為此，矽印科技早在2022年底就發(fā)布了全新基于D-ToF技術(shù)的單光子探測(cè)的全集成接收芯片R5001，采用了業(yè)界領(lǐng)先的單光子探測(cè)技術(shù)，將接收端的諸多模塊集成到一款小小的SoC中，極大地簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)的同時(shí)也降低了雷達(dá)的成本。

完全自主研發(fā)的D-ToF芯片幫助矽印科技在關(guān)鍵元器件上保有了高度的自主性。程世球介紹，這都源于公司強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)?！?strong>矽印科技核心團(tuán)隊(duì)擁有集成電路、光學(xué)、電子、視覺(jué)算法等前沿行業(yè)的10年以上經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家。成員大多來(lái)自于EPC、高通、恩智浦半導(dǎo)體、聯(lián)發(fā)科等知名公司，在時(shí)間飛行傳感器以及CMOS圖像傳感器領(lǐng)域有著豐富的技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)。”

三大產(chǎn)品線(xiàn)滿(mǎn)足多場(chǎng)景需求 基于自主研發(fā)的芯片，矽印科技開(kāi)發(fā)并量產(chǎn)CS10系列單點(diǎn)dToF激光雷達(dá)，并打造了CS20系列固態(tài)激光雷達(dá)，CS30系列RGBD深度相機(jī)等諸多產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人、工業(yè)視覺(jué)、智慧交通、智慧城市等領(lǐng)域。

CS10系列單點(diǎn)dToF激光雷達(dá)

CS10系列探測(cè)距離在0.05m-15m，近距離絕對(duì)誤差在2cm以?xún)?nèi)，可應(yīng)用在機(jī)器人SLAM、室內(nèi)測(cè)距等領(lǐng)域。

CS20系列多款固態(tài)激光雷達(dá)

CS20系列主要應(yīng)用在短距5m范圍內(nèi)的避障及識(shí)別，主要適用場(chǎng)景AGV/AMR，無(wú)人叉車(chē)的避障、托盤(pán)及貨架識(shí)別。

CS30系列RGBD深度相機(jī)

CS30是一款RGBD深度相機(jī)，探測(cè)距離在0.1-5m，該相機(jī)搭載了分辨率640*480的ToF圖像傳感器和分辨率1920*1080的彩色圖像傳感器。

近些年，隨著越來(lái)越多的移動(dòng)機(jī)器人開(kāi)始走向室外，市場(chǎng)也在尋找一種能在室外工作運(yùn)轉(zhuǎn)、精確度高的識(shí)別避障3D傳感器。得益于自研dToF芯片技術(shù)優(yōu)勢(shì)和開(kāi)發(fā)iToF系列模塊上積累的經(jīng)驗(yàn)，矽印科技在創(chuàng)新和迭代速率上更能滿(mǎn)足用戶(hù)和市場(chǎng)的需求。程世球透露，矽印科技近期也將推出全新基于ToF技術(shù)的10米以上CS40系列固態(tài)激光雷達(dá)，這款傳感器主打室外環(huán)境，在性能上進(jìn)一步的升級(jí)，可更好的適用于移動(dòng)機(jī)器人戶(hù)外作業(yè)的需要。

除了精度外，固態(tài)激光雷達(dá)在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下是否能保持穩(wěn)定性和一致性是終端用戶(hù)重點(diǎn)關(guān)注的方面，在這一點(diǎn)上程世球也給出了回答。

他表示，為了保障產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性，矽印科技從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)多環(huán)節(jié)上均采取針對(duì)性措施：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，針對(duì)產(chǎn)品功能規(guī)劃了一系列的測(cè)試。通過(guò)與知名上市公司代工廠開(kāi)展戰(zhàn)略合作，在樣品階段對(duì)功能進(jìn)行大量測(cè)試，收集并分析數(shù)據(jù)，確保測(cè)試數(shù)據(jù)真實(shí)可靠；同時(shí)在供應(yīng)鏈的選擇上，矽印科技選擇的供應(yīng)商基本為國(guó)內(nèi)外頭部品牌；在量產(chǎn)階段，通過(guò)機(jī)器自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)、第三方可靠性測(cè)試等等進(jìn)一步以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、一致性。

此外，來(lái)自歐洲瑞士、德國(guó)等多家相關(guān)企業(yè)的矽印科技團(tuán)隊(duì)，在品質(zhì)控制方面有著相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)，母公司SPARC（無(wú)錫錫產(chǎn)微集團(tuán)）旗下成立的Sensor BU，對(duì)于子公司的出貨進(jìn)行統(tǒng)一化品控管理，相比其他友商，在規(guī)模上、專(zhuān)業(yè)度上更有保障。

未來(lái)：避障到導(dǎo)航，一顆取代 作為核心傳感器的激光雷達(dá)，是移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)地圖繪制、確定自身定位及感知環(huán)境以及對(duì)周邊物體定位等多項(xiàng)功能的關(guān)鍵性技術(shù)。因此，傳感器功能的突破將推動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人整機(jī)性能的躍升。

在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，激光雷達(dá)按功能主要分為兩種類(lèi)型：避障和導(dǎo)航。一般而言，傳統(tǒng)的磁導(dǎo)AGV、叉車(chē)AGV、自主導(dǎo)航AMR，基本上都至少需要搭載2個(gè)激光雷達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)避障。

以無(wú)人叉車(chē)為例，傳統(tǒng)方案一般是避障和導(dǎo)航分開(kāi)配置，廠家根據(jù)不同的功能需求選擇不同的導(dǎo)航及避障產(chǎn)品，目前來(lái)說(shuō)一臺(tái)無(wú)人叉車(chē)需要搭載多顆激光雷達(dá)及其他輔助傳感器。依靠數(shù)量上的堆砌，不僅成本高，用戶(hù)平臺(tái)也需要適配不同廠家的SDK，集成度較低，兼容對(duì)接復(fù)雜，在實(shí)際使用中帶來(lái)了極大的不便。

行業(yè)內(nèi)一直在尋求高效率、低成本的解決方法，希望減少車(chē)輛搭載的傳感器數(shù)量，從而降低成本，但同時(shí)需要保障機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)最佳的導(dǎo)航避障效果。

在將避障和導(dǎo)航兩種功能結(jié)合的載體上，固態(tài)激光雷達(dá)成為了業(yè)內(nèi)探索的方向之一。相對(duì)于更為昂貴的機(jī)械式激光雷達(dá)，純固態(tài)激光雷達(dá)不僅可以極大地降低激光雷達(dá)的成本，而且由于沒(méi)有任何移動(dòng)部件，提供了非常高可靠性。因此，固態(tài)激光雷達(dá)被視為未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)。然而，固態(tài)激光雷達(dá)也存在一些原理上的難點(diǎn)，例如測(cè)距范圍相對(duì)較短，而且容易受到環(huán)境光線(xiàn)干擾等問(wèn)題。

程世球表示，dToF技術(shù)壁壘高，但相對(duì)于iToF等其他技術(shù)而言，幾乎沒(méi)有理論死角，因此矽印科技將繼續(xù)堅(jiān)持在激光雷達(dá)的三大技術(shù)層面（芯片、系統(tǒng)、算法）中大膽創(chuàng)新，致力于研發(fā)出能適用于十幾米至二三十米的dToF解決方案，使得固態(tài)激光雷達(dá)能適應(yīng)較遠(yuǎn)距離，點(diǎn)云密度也夠棧板識(shí)別和導(dǎo)航應(yīng)用，提供高分辨率識(shí)別，既可以用于避障又能用于導(dǎo)航。

“在遠(yuǎn)距離探測(cè)、強(qiáng)環(huán)境光抑制、低功率、高運(yùn)算效率等性能方面滿(mǎn)足導(dǎo)航和避障二合一的效果，這是我們一直在突破的方向。”

在矽印科技計(jì)劃探尋更遠(yuǎn)距離（10-20m）導(dǎo)航的過(guò)程中，目前已率先開(kāi)發(fā)適用于遠(yuǎn)距離導(dǎo)航的ToF固態(tài)激光雷達(dá)CS40，未來(lái)將開(kāi)發(fā)更高功效的dToF芯片，今年下半年還也將發(fā)布一款用于10-15米距離導(dǎo)航的CS40 pro。

程世球提到，矽印科技未來(lái)將繼續(xù)加大在dToF技術(shù)領(lǐng)域的投入，堅(jiān)持全固態(tài)激光雷達(dá)路線(xiàn)，將ToF產(chǎn)品線(xiàn)逐步完善，未來(lái)還將推出更多適用于工業(yè)視覺(jué)、工業(yè)移動(dòng)機(jī)器人、無(wú)人叉車(chē)等領(lǐng)域的產(chǎn)品。 ? ?

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? ? 編輯：黃飛