領(lǐng)跑工業(yè)和機器人賽道，安森美硬核圖像傳感器盤(pán)點(diǎn)

機器人和自動(dòng)化技術(shù)正在重塑全球各行各業(yè)。從倉庫到醫療保健設施，這些技術(shù)顯著(zhù)提升了生產(chǎn)力、效率和安全性，并實(shí)現運營(yíng)狀態(tài)的可視化。圖像傳感器是該技術(shù)功能的核心，使機器人能夠感知周?chē)h(huán)境并與之交互。本文探討了圖像傳感器在機器人技術(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)機器人在現代工業(yè)中的作用

移動(dòng)機器人處于自動(dòng)化技術(shù)的前沿，助力各行業(yè)簡(jiǎn)化運營(yíng)流程。這些機器人主要分為兩類(lèi)：自主移動(dòng)機器人(AMR)和自動(dòng)引導車(chē)輛(AGV)。AMR可獨立運行，無(wú)需人工干預即可適應動(dòng)態(tài)環(huán)境。通過(guò)使用同步定位與地圖構建(SLAM)等先進(jìn)的感知技術(shù)，AMR能夠繪制周?chē)h(huán)境地圖、識別障礙物并自主導航，適合工廠(chǎng)、倉庫自動(dòng)化等應用。

相比之下，AGV依靠磁條或視覺(jué)跟蹤等外部引導系統沿固定路徑移動(dòng)，因而適合裝配線(xiàn)、庫存管理等結構化環(huán)境，但靈活性不如AMR。AGV就像是沿著(zhù)固定軌道行駛的火車(chē)，而AMR更像是能夠繞過(guò)障礙物的汽車(chē)。這種區別使AMR成為需要動(dòng)態(tài)、適應性方案行業(yè)的首選。

圖1：AMR與AGV的區別

圖像傳感器如何賦能AMR

AMR依靠圖像傳感器執行環(huán)境導航、3D地圖構建、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地圖構建方面，AMR利用立體成像、間接飛行時(shí)間(iToF)、激光雷達等技術(shù)測量深度并構建詳細的環(huán)境地圖。深度感知使AMR能夠檢測物體（包括人類(lèi)）并避免潛在危險，確保人機協(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)現的另一個(gè)重要功能。配備卷簾快門(mén)和/或全局快門(mén)、具備快速處理和高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)的傳感器，使AMR能夠識別障礙物并實(shí)時(shí)響應。高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)在工廠(chǎng)或倉庫等混合光照環(huán)境中尤為重要，因為反射和陰影會(huì )增加視覺(jué)感知的復雜性。

此外，圖像傳感器還在條碼讀取方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，這是制造和物流中的常見(jiàn)任務(wù)。配備全局快門(mén)的低功耗傳感器在這些應用中表現出色，使AMR能夠快速準確地掃描和處理條碼。長(cháng)時(shí)間高效運行的優(yōu)勢進(jìn)一步提升了其在高需求工業(yè)環(huán)境中的價(jià)值。

固定機器人及其應用

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

機器人技術(shù)增長(cháng)的驅動(dòng)因素

多種因素推動(dòng)了機器人技術(shù)在各行業(yè)的快速普及。生產(chǎn)力是一項關(guān)鍵驅動(dòng)因素，因為機器人可以長(cháng)時(shí)間執行重復性任務(wù)而不會(huì )感到疲勞。能效是另一項顯著(zhù)優(yōu)勢，機器人消除了人為干預造成的延誤，使工人能夠專(zhuān)注于更高價(jià)值的活動(dòng)。安全問(wèn)題同樣重要，機器人接管了可能危及人類(lèi)工人健康的危險任務(wù)。

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

機器人市場(chǎng)正迎來(lái)顯著(zhù)增長(cháng)，尤其是AMR領(lǐng)域。據行業(yè)分析師預測，2024年至2030年間，AMR的復合年增長(cháng)率(CAGR)將達16%至20%。這一增長(cháng)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)擴展了機器人的功能，還為創(chuàng )新帶來(lái)了新的機會(huì )。

安森美在機器人成像領(lǐng)域的貢獻

作為成像技術(shù)的領(lǐng)導者，安森美針對機器人需求開(kāi)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(mén)和全局快門(mén)傳感器，以及專(zhuān)為深度感知和高動(dòng)態(tài)范圍應用設計的方案。這些技術(shù)使機器人能夠更精確、高效、可靠地執行任務(wù)。

卷簾快門(mén)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節的應用。然而，卷簾快門(mén)可能會(huì )引入運動(dòng)偽影，這限制了它們在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的應用。相比之下，全局快門(mén)傳感器通過(guò)同時(shí)曝光所有像素消除了運動(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(cháng)的另一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。公司的iToF技術(shù)通過(guò)測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(cháng)距離（最長(cháng)20米），且具備高精度。

高動(dòng)態(tài)范圍：增強視覺(jué)準確性

對于在嚴苛照明條件下運行的機器人來(lái)說(shuō)，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(jué)效果和技術(shù)細節都達到最佳狀態(tài)的圖像，確保機器人即使在高對比度或反射的區域也能清晰“看見(jiàn)”。

高動(dòng)態(tài)范圍有多種實(shí)現方式。例如，多曝光高動(dòng)態(tài)范圍在低光環(huán)境中表現優(yōu)異，但可能會(huì )產(chǎn)生運動(dòng)偽影。大小像素高動(dòng)態(tài)范圍可減少運動(dòng)偽影，但易受LED閃爍的影響。名為“超級曝光”的多增益單次曝光模式結合了前兩種方法的優(yōu)勢。高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)的選擇取決于應用的具體要求。

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(mǎn)足工業(yè)機器人的多樣化需求。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(zhuān)注于超低功耗，非常適合優(yōu)先考慮能效的應用。Hyperlux LH系列專(zhuān)為工業(yè)和消費環(huán)境而設計，提供120 dB 高動(dòng)態(tài)范圍，能夠在混合照明條件下實(shí)現卓越性能。Hyperlux SG系列具有小巧的外形和業(yè)界領(lǐng)先的全局快門(mén)效率，適用于掃描、AR/VR和AMR應用。

圖2：機器人類(lèi)型

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、增強動(dòng)態(tài)范圍、降低功耗和提高精度。安森美正持續創(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)的融合將為機器人技術(shù)開(kāi)啟新的可能性。從醫療保健到教育，這些技術(shù)進(jìn)步將使機器人能夠在不同的環(huán)境中執行日益復雜的任務(wù)。隨著(zhù)機器人成本的降低，其在服務(wù)行業(yè)和家庭應用中的普及率也將大幅提升。

圖像傳感器是現代機器人技術(shù)的基石，能夠以極高的精度完成3D地圖構建、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)機器人和自動(dòng)化領(lǐng)域的下一輪技術(shù)革新。隨著(zhù)這些技術(shù)的不斷發(fā)展，它們將擴展機器人的功能，為各行業(yè)創(chuàng )造新的機遇，并改善我們的工作和生活方式。