AGV/AMR企業(yè)如何選擇最具性價比的傳感器解決方案？

文｜黃瑋

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

其中，基于ToF技術(shù)路線的3D傳感器因其超強的抗光干擾能力、響應(yīng)速度快以及識別精度高等多重優(yōu)勢，近兩年開始逐漸受到移動機器人企業(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)相對較少，上海矽印科技有限公司（以下簡稱“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)，致力于為客戶提供低功耗、高性價比的D-ToF芯片和i-ToF模組，目前已經(jīng)大規(guī)模布局移動機器人行業(yè)，并取得了一定的成果。目前，矽印科技的多款ToF模塊產(chǎn)品已實現(xiàn)了批量出貨，與國內(nèi)AGV/AMR、無人叉車領(lǐng)域的多家廠商達成合作。

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

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

“雖然目前來看，ToF 傳感器在移動機器人領(lǐng)域的市場規(guī)模還沒有完全起來，但替代是大趨勢，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)航方式的移動機器人廠家市場空間待挖掘。”

程世球表示，工業(yè)自動化是大勢所趨，移動機器人正是工業(yè)自動化的核心產(chǎn)品之一，國內(nèi)移動機器人市場也在近幾年呈現(xiàn)一路高歌之勢，矽印科技自進入移動機器人領(lǐng)域已來，目前也取得了一些不錯的成績，未來移動機器人版塊將成為公司重點發(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，主機廠們想要直接拿現(xiàn)有技術(shù)去實現(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、模塊以及平臺都處于市場起步階段，市場上真正可靠且成熟的方案相對較少；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檻太高等問題。”

程世球強調(diào)到，硬件成本居高不下是現(xiàn)階段阻礙ToF應(yīng)用規(guī)模難以擴張的重要原因之一，無論是消費級還是專業(yè)級應(yīng)用，ToF的成本問題主要體現(xiàn)在器件的價格上，ToF傳感器中最核心的器件在于ToF芯片。

同樣是基于ToF激光測距原理，傳統(tǒng)的激光雷達由于分離芯片和器件的設(shè)計方式，在接受端需要使用多級模擬和數(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)計復(fù)雜、組裝校準難度高、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)的單光子探測的全集成接收芯片R5001，采用了業(yè)界領(lǐng)先的單光子探測技術(shù)，將接收端的諸多模塊集成到一款小小的SoC中，極大地簡化了電路設(shè)計的同時也降低了雷達的成本。

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，這都源于公司強大的研發(fā)團隊。“矽印科技核心團隊擁有集成電路、光學(xué)、電子、視覺算法等前沿行業(yè)的10年以上經(jīng)驗的專家。成員大多來自于EPC、高通、恩智浦半導(dǎo)體、聯(lián)發(fā)科等知名公司，在時間飛行傳感器以及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。”

三大產(chǎn)品線滿足多場景需求 基于自主研發(fā)的芯片，矽印科技開發(fā)并量產(chǎn)CS10系列單點dToF激光雷達，并打造了CS20系列固態(tài)激光雷達，CS30系列RGBD深度相機等諸多產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)移動機器人、工業(yè)視覺、智慧交通、智慧城市等領(lǐng)域。

CS10系列單點dToF激光雷達

CS10系列探測距離在0.05m-15m，近距離絕對誤差在2cm以內(nèi)，可應(yīng)用在機器人SLAM、室內(nèi)測距等領(lǐng)域。

CS20系列多款固態(tài)激光雷達

CS20系列主要應(yīng)用在短距5m范圍內(nèi)的避障及識別，主要適用場景AGV/AMR，無人叉車的避障、托盤及貨架識別。

CS30系列RGBD深度相機

CS30是一款RGBD深度相機，探測距離在0.1-5m，該相機搭載了分辨率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，隨著越來越多的移動機器人開始走向室外，市場也在尋找一種能在室外工作運轉(zhuǎn)、精確度高的識別避障3D傳感器。得益于自研dToF芯片技術(shù)優(yōu)勢和開發(fā)iToF系列模塊上積累的經(jīng)驗，矽印科技在創(chuàng)新和迭代速率上更能滿足用戶和市場的需求。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，這款傳感器主打室外環(huán)境，在性能上進一步的升級，可更好的適用于移動機器人戶外作業(yè)的需要。

除了精度外，固態(tài)激光雷達在應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境下是否能保持穩(wěn)定性和一致性是終端用戶重點關(guān)注的方面，在這一點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)計到生產(chǎn)多環(huán)節(jié)上均采取針對性措施：在產(chǎn)品設(shè)計初期，針對產(chǎn)品功能規(guī)劃了一系列的測試。通過與知名上市公司代工廠開展戰(zhàn)略合作，在樣品階段對功能進行大量測試，收集并分析數(shù)據(jù)，確保測試數(shù)據(jù)真實可靠；同時在供應(yīng)鏈的選擇上，矽印科技選擇的供應(yīng)商基本為國內(nèi)外頭部品牌；在量產(chǎn)階段，通過機器自動化測試平臺、第三方可靠性測試等等進一步以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、一致性。

此外，來自歐洲瑞士、德國等多家相關(guān)企業(yè)的矽印科技團隊，在品質(zhì)控制方面有著相當(dāng)成熟的經(jīng)驗，母公司SPARC（無錫錫產(chǎn)微集團）旗下成立的Sensor BU，對于子公司的出貨進行統(tǒng)一化品控管理，相比其他友商，在規(guī)模上、專業(yè)度上更有保障。

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

在移動機器人領(lǐng)域，激光雷達按功能主要分為兩種類型：避障和導(dǎo)航。一般而言，傳統(tǒng)的磁導(dǎo)AGV、叉車AGV、自主導(dǎo)航AMR，基本上都至少需要搭載2個激光雷達來實現(xiàn)避障。

以無人叉車為例，傳統(tǒng)方案一般是避障和導(dǎo)航分開配置，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，目前來說一臺無人叉車需要搭載多顆激光雷達及其他輔助傳感器。依靠數(shù)量上的堆砌，不僅成本高，用戶平臺也需要適配不同廠家的SDK，集成度較低，兼容對接復(fù)雜，在實際使用中帶來了極大的不便。

行業(yè)內(nèi)一直在尋求高效率、低成本的解決方法，希望減少車輛搭載的傳感器數(shù)量，從而降低成本，但同時需要保障機器人可以實現(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)激光雷達成為了業(yè)內(nèi)探索的方向之一。相對于更為昂貴的機械式激光雷達，純固態(tài)激光雷達不僅可以極大地降低激光雷達的成本，而且由于沒有任何移動部件，提供了非常高可靠性。因此，固態(tài)激光雷達被視為未來的主要發(fā)展趨勢。然而，固態(tài)激光雷達也存在一些原理上的難點，例如測距范圍相對較短，而且容易受到環(huán)境光線干擾等問題。

程世球表示，dToF技術(shù)壁壘高，但相對于iToF等其他技術(shù)而言，幾乎沒有理論死角，因此矽印科技將繼續(xù)堅持在激光雷達的三大技術(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)激光雷達能適應(yīng)較遠距離，點云密度也夠棧板識別和導(dǎo)航應(yīng)用，提供高分辨率識別，既可以用于避障又能用于導(dǎo)航。

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

在矽印科技計劃探尋更遠距離（10-20m）導(dǎo)航的過程中，目前已率先開發(fā)適用于遠距離導(dǎo)航的ToF固態(tài)激光雷達CS40，未來將開發(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，矽印科技未來將繼續(xù)加大在dToF技術(shù)領(lǐng)域的投入，堅持全固態(tài)激光雷達路線，將ToF產(chǎn)品線逐步完善，未來還將推出更多適用于工業(yè)視覺、工業(yè)移動機器人、無人叉車等領(lǐng)域的產(chǎn)品。 ? ?

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? ? 編輯：黃飛