最新光学传感技术为新的机器人设计指明方向

先进的3D传感解决方案、多通道光谱传感器和投影照明系统使机器人能够“看到”周围的世界,并使用光与人交流。

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机器人技术在不断发展。目前,在大多数人的心目中,机器人只会出现在汽车装配厂等重工业环境,但其实,技术的进步已经允许制造商能够将机器人的应用扩展到家庭、商店、城市街道、酒店和许多其他场景中。

机器人的这些新用途令人充满期待,它们将越来越多地涉及与人类互动的领域,这就要求机器人能够更详细地了解环境。现在,艾迈斯欧司朗的一系列先进光学技术已经开始部署到下一代机器人中,使它们能够像人类一样观察周围的世界,并通过导航检测附近的物体,提供指示信号,辅助人们与环境进行安全互动。

 

机器人绘制周围的环境

 

​​​​​​物体检测和环境测绘是全自动机器人所具备的关键功能。机器人感知环境的准确性越高,其在共享空间内移动的速度和工作的效率就越高。


精密复杂的机器人设计以3D传感为基础构建“深度环境图”,准确地显示视场角内物体的大小和形状,包括其与传感器的距离。有效的3D传感将红外发射器(IR LED激光器)和高分辨率IR传感器相结合,打造基于立体光或结构光的视觉解决方案。Mira系列图像传感器对可见光和红外波长都很敏感,因此在机器人应用中特别受欢迎。例如,Mira220是一种近红外全局快门图像传感器,在可见光谱以及近红外光谱中均提供高量子效率,根据我们的内部测试,在940nm波长下的量子效率高达38%。本视频对Mira系列进行了更详细的介绍。


Mira图像传感器可与940nm红外发射器相结合,用于3D传感,也能提供视频图像输出,实现物体识别和其他人工智能(AI)功能。成像机器人的新用例不断涌现,例如在城市街道收集垃圾的服务机器人。图像传感和人工智能的结合使机器人能够正确识别和收集垃圾。
 

ams OSRAM industrial robotics solutions

使用参考设计套件可以轻松将发射器和图像传感器集成到3D传感系统中,来自Teknique的Oclea 3D Vision SDK产品起到很大的作用。它提供了一个即插即用的开发平台,可直接集成到所选择的机器人系统中。

如果3D扫描的准确性对于机器人的应用场景来说不那么重要,仅需算法上更简单的障碍物检测,那则可以选择多点直接飞行时间传感器作为传感解决方案。如果最终需要低功耗设计,这些TMF882X传感器可以轻松地与视场角更宽的扫描阵列配对,甚至可以与基于图像的3D扫描解决方案相结合,用于系统唤醒。
 

用于识别材料的先进传感器

 

机器人的环境感知不仅限于导航和防撞。例如,在扫地机器人中,AS7343等光谱传感IC可以检测地板材料,区分羊毛、聚酯、木材和陶瓷。除了材料检测外,艾迈斯欧司朗的光谱传感器还可以进行准确测量,根据地板类型自动优化清洁方式。
与复杂算法提供支持的可视摄像机相比,光谱传感器的光谱测量能够更准确地识别地板材料,并且该功能更容易实现:传感器系统只需依靠基于机器学习的算法将获取的光谱模式与存储器中的参考样本进行匹配。
 

用于与人交流的光信号

 

光学技术可用于向外界发出信号,以及感知机器人周围的世界。

新的光投射技术为机器人发出信号提供了一种理想的方法。在汽车领域,艾迈斯欧司朗率先通过微透镜阵列实现投影照明,例如,在后视镜下方的路面上显示转向信号。

在机器人中,微透镜阵列可以投影左转或右转箭头等符号,机器人周身围绕的一组脉冲环可以指示车辆安全区域的范围,如下图所示。通过光传达信息和意图,机器人可以更高效地引导路人安全行走,而无需发出嘈杂的警报声,也不会影响机器人或驾驶人的行动。

先进的光学技术为机器人带来新的价值

 

机器人技术创新开辟了新的应用场景,这对市场来说是令人振奋的发展。在许多场景中,机器人需要自发自主地与环境中的人和物体进行互动。艾迈斯欧司朗用于传感和照明的先进光学技术为下一代机器人的开发奠定了基础。