機器人和自動化技術正在重塑全球各行各業(yè)。從倉庫到醫(yī)療保健設施，這些技術顯著提升了生產力、效率和安全性，并實現運營狀態(tài)的可視化。圖像傳感器是該技術功能的核心，使機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器人技術中的作用，并重點介紹了安森美 (onsemi) 在成像技術方面的最新進展。

移動機器人在現代工業(yè)中的作用

移動機器人處于自動化技術的前沿，助力各行業(yè)簡化運營流程。這些機器人主要分為兩類：自主移動機器人 (AMR) 和自動引導車輛 (AGV)。AMR 可獨立運行，無需人工干預即可適應動態(tài)環(huán)境。通過使用同步定位與地圖構建 (SLAM) 等先進的感知技術，AMR 能夠繪制周圍環(huán)境地圖、識別障礙物并自主導航，適合工廠、倉庫自動化等應用。

相比之下，AGV 依靠磁條或視覺跟蹤等外部引導系統(tǒng)沿固定路徑移動，因而適合裝配線、庫存管理等結構化環(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 成為需要動態(tài)、適應性方案行業(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)境導航、3D 地圖構建、避障、條碼讀取等任務。這些任務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、間接飛行時間 (iToF)、激光雷達等技術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）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現的另一個重要功能。配備卷簾快門和/或全局快門、具備快速處理和高動態(tài)范圍 (HDR) 的傳感器，使 AMR 能夠識別障礙物并實時響應。高動態(tài)范圍技術在工廠或倉庫等混合光照環(huán)境中尤為重要，因為反射和陰影會增加視覺感知的復雜性。

此外，圖像傳感器還在條碼讀取方面發(fā)揮著關鍵作用，這是制造和物流中的常見任務。配備全局快門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。長時間高效運行的優(yōu)勢進一步提升了其在高需求工業(yè)環(huán)境中的價值。

固定機器人及其應用

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

機器人技術增長的驅動因素

多種因素推動了機器人技術在各行業(yè)的快速普及。生產力是一項關鍵驅動因素，因為機器人可以長時間執(zhí)行重復性任務而不會感到疲勞。能效是另一項顯著優(yōu)勢，機器人消除了人為干預造成的延誤，使工人能夠專注于更高價值的活動。安全問題同樣重要，機器人接管了可能危及人類工人健康的危險任務。

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

機器人市場正迎來顯著增長，尤其是 AMR 領域。據行業(yè)分析師預測，2024 年至 2030 年間，AMR 的復合年增長率 (CAGR) 將達 16% 至 20%。這一增長得益于人工智能 (AI) 和自動化技術的進步，這些技術擴展了機器人的功能，還為創(chuàng)新帶來了新的機會。

安森美在機器人成像領域的貢獻

作為成像技術的領導者，安森美針對機器人需求開發(fā)了一系列創(chuàng)新圖像傳感器。公司產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態(tài)范圍應用設計的方案。這些技術使機器人能夠更精確、高效、可靠地執(zhí)行任務。

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節(jié)的應用。然而，卷簾快門可能會引入運動偽影，這限制了它們在動態(tài)環(huán)境中的應用。相比之下，全局快門傳感器通過同時曝光所有像素消除了運動偽影，因而非常適合涉及移動物體、避障、讀取條碼等任務。

深度感知是安森美擅長的另一個技術領域。公司的 iToF 技術通過測量反射光的相位差確定深度，可覆蓋短距離（30 到 50 厘米）和長距離（最長 20 米），且具備高精度。

高動態(tài)范圍：增強視覺準確性

對于在嚴苛照明條件下運行的機器人來說，高動態(tài)范圍至關重要。高動態(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細節(jié)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(qū)域也能清晰“看見”。高動態(tài)范圍有多種實現方式。例如，多曝光高動態(tài)范圍在低光環(huán)境中表現優(yōu)異，但可能會產生運動偽影。大小像素高動態(tài)范圍可減少運動偽影，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。高動態(tài)范圍技術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，可滿足工業(yè)機器人的多樣化需求。這些傳感器集低功耗、高動態(tài)范圍和先進功能于一身，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)先考慮能效的應用。Hyperlux LH 系列專為工業(yè)和消費環(huán)境而設計，提供 120 dB 高動態(tài)范圍，能夠在混合照明條件下實現卓越性能。Hyperlux SG 系列具有小巧的外形和業(yè)界領先的全局快門效率，適用于掃描、AR/VR 和 AMR 應用。

未來發(fā)展方向

圖像傳感器的未來發(fā)展方向包括提高分辨率、減小光學格式、增強動態(tài)范圍、降低功耗和提高精度。安森美正持續(xù)創(chuàng)新積極推動技術進步，確保其傳感器始終處于行業(yè)領先水平。

展望未來，人工智能與先進傳感器技術的融合將為機器人技術開啟新的可能性。從醫(yī)療保健到教育，這些技術進步將使機器人能夠在不同的環(huán)境中執(zhí)行日益復雜的任務。隨著機器人成本的降低，其在服務行業(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。安森美的創(chuàng)新傳感器技術（包括 Hyperlux 系列、iToF 方案和 SWIR 傳感器）正在推動機器人和自動化領域的下一輪技術革新。隨著這些技術的不斷發(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。