機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)正在重塑全球各行各業(yè)。從倉(cāng)庫(kù)到醫(yī)療保健設(shè)施，這些技術(shù)顯著提升了生產(chǎn)力、效率和安全性，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的可視化。圖像傳感器是該技術(shù)功能的核心，使機(jī)器人能夠感知周圍環(huán)境并與之交互。本文探討了圖像傳感器在機(jī)器人技術(shù)中的作用，并重點(diǎn)介紹了安森美 (onsemi) 在成像技術(shù)方面的最新進(jìn)展。

移動(dòng)機(jī)器人在現(xiàn)代工業(yè)中的作用

移動(dòng)機(jī)器人處于自動(dòng)化技術(shù)的前沿，助力各行業(yè)簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)流程。這些機(jī)器人主要分為兩類：自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 和自動(dòng)引導(dǎo)車輛 (AGV)。AMR 可獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)需人工干預(yù)即可適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境。通過使用同步定位與地圖構(gòu)建 (SLAM) 等先進(jìn)的感知技術(shù)，AMR 能夠繪制周圍環(huán)境地圖、識(shí)別障礙物并自主導(dǎo)航，適合工廠、倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化等應(yīng)用。

相比之下，AGV 依靠磁條或視覺跟蹤等外部引導(dǎo)系統(tǒng)沿固定路徑移動(dòng)，因而適合裝配線、庫(kù)存管理等結(jié)構(gòu)化環(huán)境，但靈活性不如 AMR。AGV 就像是沿著固定軌道行駛的火車，而 AMR 更像是能夠繞過障礙物的汽車。這種區(qū)別使 AMR 成為需要?jiǎng)討B(tài)、適應(yīng)性方案行業(yè)的首選。

圖 1：AMR 與 AGV 的區(qū)別

圖像傳感器如何賦能 AMR

AMR 依靠圖像傳感器執(zhí)行環(huán)境導(dǎo)航、3D 地圖構(gòu)建、避障、條碼讀取等任務(wù)。這些任務(wù)需要精確高效的感知能力。在 3D 地圖構(gòu)建方面，AMR 利用立體成像、間接飛行時(shí)間 (iToF)、激光雷達(dá)等技術(shù)測(cè)量深度并構(gòu)建詳細(xì)的環(huán)境地圖。深度感知使 AMR 能夠檢測(cè)物體（包括人類）并避免潛在危險(xiǎn)，確保人機(jī)協(xié)作環(huán)境中的安全性。

避障是圖像傳感器或與深度傳感器共同實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)重要功能。配備卷簾快門和/或全局快門、具備快速處理和高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 的傳感器，使 AMR 能夠識(shí)別障礙物并實(shí)時(shí)響應(yīng)。高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)在工廠或倉(cāng)庫(kù)等混合光照環(huán)境中尤為重要，因?yàn)榉瓷浜完幱皶?huì)增加視覺感知的復(fù)雜性。

此外，圖像傳感器還在條碼讀取方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這是制造和物流中的常見任務(wù)。配備全局快門的低功耗傳感器在這些應(yīng)用中表現(xiàn)出色，使 AMR 能夠快速準(zhǔn)確地掃描和處理?xiàng)l碼。長(zhǎng)時(shí)間高效運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步提升了其在高需求工業(yè)環(huán)境中的價(jià)值。

固定機(jī)器人及其應(yīng)用

AMR 和 AGV 在移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，固定機(jī)器人則在自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。這些機(jī)器人固定在一個(gè)位置，執(zhí)行拾取和分揀物體等任務(wù)。與移動(dòng)機(jī)器人一樣，固定機(jī)器人也依賴圖像傳感器進(jìn)行深度檢測(cè)和精確操作。先進(jìn)的感知技術(shù)確保機(jī)器人即使在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中也能準(zhǔn)確地執(zhí)行任務(wù)。

機(jī)器人技術(shù)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)因素

多種因素推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)在各行業(yè)的快速普及。生產(chǎn)力是一項(xiàng)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，因?yàn)闄C(jī)器人可以長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)而不會(huì)感到疲勞。能效是另一項(xiàng)顯著優(yōu)勢(shì)，機(jī)器人消除了人為干預(yù)造成的延誤，使工人能夠?qū)Ｗ⒂诟邇r(jià)值的活動(dòng)。安全問題同樣重要，機(jī)器人接管了可能危及人類工人健康的危險(xiǎn)任務(wù)。

為提高生產(chǎn)力、效率和安全性，大多數(shù)客戶希望獲取全面的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的可視化。這些數(shù)據(jù)使客戶能夠進(jìn)行深入分析，找到提高生產(chǎn)力的有效策略。借助詳細(xì)的可視化信息，客戶可以獲得有關(guān)運(yùn)營(yíng)狀況的寶貴參考信息，從而做出更明智的決策，實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。

機(jī)器人市場(chǎng)正迎來(lái)顯著增長(zhǎng)，尤其是 AMR 領(lǐng)域。據(jù)行業(yè)分析師預(yù)測(cè)，2024 年至 2030 年間，AMR 的復(fù)合年增長(zhǎng)率 (CAGR) 將達(dá) 16% 至 20%。這一增長(zhǎng)得益于人工智能 (AI) 和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，這些技術(shù)擴(kuò)展了機(jī)器人的功能，還為創(chuàng)新帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。

安森美在機(jī)器人成像領(lǐng)域的貢獻(xiàn)

作為成像技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，安森美針對(duì)機(jī)器人需求開發(fā)了一系列創(chuàng)新圖像傳感器。公司產(chǎn)品系列包括卷簾快門和全局快門傳感器，以及專為深度感知和高動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)用設(shè)計(jì)的方案。這些技術(shù)使機(jī)器人能夠更精確、高效、可靠地執(zhí)行任務(wù)。

卷簾快門傳感器像素尺寸較小、靈敏度更高，非常適合需要在低光條件下提供成像細(xì)節(jié)的應(yīng)用。然而，卷簾快門可能會(huì)引入運(yùn)動(dòng)偽影，這限制了它們?cè)趧?dòng)態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用。相比之下，全局快門傳感器通過同時(shí)曝光所有像素消除了運(yùn)動(dòng)偽影，因而非常適合涉及移動(dòng)物體、避障、讀取條碼等任務(wù)。

深度感知是安森美擅長(zhǎng)的另一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。公司的 iToF 技術(shù)通過測(cè)量反射光的相位差確定深度，可覆蓋短距離（30 到 50 厘米）和長(zhǎng)距離（最長(zhǎng) 20 米），且具備高精度。

高動(dòng)態(tài)范圍：增強(qiáng)視覺準(zhǔn)確性

對(duì)于在嚴(yán)苛照明條件下運(yùn)行的機(jī)器人來(lái)說，高動(dòng)態(tài)范圍至關(guān)重要。高動(dòng)態(tài)范圍傳感器捕捉多張曝光圖像以創(chuàng)建在視覺效果和技術(shù)細(xì)節(jié)都達(dá)到最佳狀態(tài)的圖像，確保機(jī)器人即使在高對(duì)比度或反射的區(qū)域也能清晰“看見”。高動(dòng)態(tài)范圍有多種實(shí)現(xiàn)方式。例如，多曝光高動(dòng)態(tài)范圍在低光環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異，但可能會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影。大小像素高動(dòng)態(tài)范圍可減少運(yùn)動(dòng)偽影，但易受 LED 閃爍的影響。名為“超級(jí)曝光”的多增益單次曝光模式結(jié)合了前兩種方法的優(yōu)勢(shì)。高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)的選擇取決于應(yīng)用的具體要求。

Hyperlux 系列圖像傳感器

安森美擁有豐富的 Hyperlux 圖像傳感器系列，可滿足工業(yè)機(jī)器人的多樣化需求。這些傳感器集低功耗、高動(dòng)態(tài)范圍和先進(jìn)功能于一身，可提供卓越的性能。Hyperlux LP 系列專注于超低功耗，非常適合優(yōu)先考慮能效的應(yīng)用。Hyperlux LH 系列專為工業(yè)和消費(fèi)環(huán)境而設(shè)計(jì)，提供 120 dB 高動(dòng)態(tài)范圍，能夠在混合照明條件下實(shí)現(xiàn)卓越性能。Hyperlux SG 系列具有小巧的外形和業(yè)界領(lǐng)先的全局快門效率，適用于掃描、AR/VR 和 AMR 應(yīng)用。

未來(lái)發(fā)展方向

圖像傳感器的未來(lái)發(fā)展方向包括提高分辨率、減小光學(xué)格式、增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍、降低功耗和提高精度。安森美正持續(xù)創(chuàng)新積極推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，確保其傳感器始終處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

展望未來(lái)，人工智能與先進(jìn)傳感器技術(shù)的融合將為機(jī)器人技術(shù)開啟新的可能性。從醫(yī)療保健到教育，這些技術(shù)進(jìn)步將使機(jī)器人能夠在不同的環(huán)境中執(zhí)行日益復(fù)雜的任務(wù)。隨著機(jī)器人成本的降低，其在服務(wù)行業(yè)和家庭應(yīng)用中的普及率也將大幅提升。

圖像傳感器是現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)的基石，能夠以極高的精度完成 3D 地圖構(gòu)建、避障等各種任務(wù)。安森美的創(chuàng)新傳感器技術(shù)（包括 Hyperlux 系列、iToF 方案和 SWIR 傳感器）正在推動(dòng)機(jī)器人和自動(dòng)化領(lǐng)域的下一輪技術(shù)革新。隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展，它們將擴(kuò)展機(jī)器人的功能，為各行業(yè)創(chuàng)造新的機(jī)遇，并改善我們的工作和生活方式。