淺談AGV/AMR領域的傳感器解決方案

AGV/AMR企業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的持續發展，其應用范圍日益拓寬，因而對機器人的感知系統的技術要求也在逐步提高。

其中，基于ToF技術路線的3D傳感器因其超強的抗光干擾能力、響應速度快以及識別精度高等多重優勢，近兩年開始逐漸受到移動機器人企業的關注。但其技術壁壘較高，系統集成度高，供應鏈資源少，生態圈不成熟，市面上真正能拿出可靠且成熟方案的企業相對較少，上海矽印科技有限公司（以下簡稱“矽印科技”）是其中代表企業之一。

矽印科技是一家聚焦于ToF技術和3D傳感器解決方案研發與生產的高科技企業，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，目前已經大規模布局移動機器人行業，并取得了一定的成果。目前，矽印科技的多款ToF模塊產品已實現了批量出貨，與國內AGV/AMR、無人叉車領域的多家廠商達成合作。

近日，新戰略移動機器人全媒體記者特別采訪了矽印科技3D視覺產品總負責人程世球先生，與其就移動機器人傳感器應用以及公司當前發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感知技術的研究和應用，最初主要布局在掃地機器人、智慧安防、智慧交通、智慧城市等多個領域，在ToF技術實際應用和開發中積累了大量經驗。近兩年，在關注到AGV/AMR行業后，意識到ToF技術受環境光影響小，較高的測量幀率，在動態環境中表現優秀，同時對算力要求不高，相對于雙目立體成像技術，ToF基本上不存在盲區，這些特點在幫助移動機器人快速實現自我精準導航和實時自主避障上有著突出優勢。

“雖然目前來看，ToF 傳感器在移動機器人領域的市場規模還沒有完全起來，但替代是大趨勢，能夠接受新型解決方案的廠商已占據一定規模，目前還有很大一部分使用傳統導航方式的移動機器人廠家市場空間待挖掘?！?/p>

程世球表示，工業自動化是大勢所趨，移動機器人正是工業自動化的核心產品之一，國內移動機器人市場也在近幾年呈現一路高歌之勢，矽印科技自進入移動機器人領域已來，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展方向。

“目前，ToF技術在應用層面上依舊存在著諸多挑戰，一是ToF傳感技術較新，生態圈不夠完善，主機廠們想要直接拿現有技術去實現高可靠性的應用及產品頗為困難；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數據處理與建模等軟件層面技術以及人工智能算法門檻太高等問題。”

程世球強調到，硬件成本居高不下是現階段阻礙ToF應用規模難以擴張的重要原因之一，無論是消費級還是專業級應用，ToF的成本問題主要體現在器件的價格上，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，傳統的激光雷達由于分離芯片和器件的設計方式，在接受端需要使用多級模擬和數字電路，入光電感應二極管、跨阻放大器、限幅放大器、比較器、FGPA、高壓偏置、溫度控制等，設計復雜、組裝校準難度高、成本高。

為此，矽印科技早在2022年底就發布了全新基于D-ToF技術的單光子探測的全集成接收芯片R5001，采用了業界領先的單光子探測技術，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計的同時也降低了雷達的成本。

完全自主研發的D-ToF芯片幫助矽印科技在關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團隊?！?strong>矽印科技核心團隊擁有集成電路、光學、電子、視覺算法等前沿行業的10年以上經驗的專家。成員大多來自于EPC、高通、恩智浦半導體、聯發科等知名公司，在時間飛行傳感器以及CMOS圖像傳感器領域有著豐富的技術積累和產業經驗。”

三大產品線滿足多場景需求 基于自主研發的芯片，矽印科技開發并量產CS10系列單點dToF激光雷達，并打造了CS20系列固態激光雷達，CS30系列RGBD深度相機等諸多產品，被廣泛應用于工業移動機器人、工業視覺、智慧交通、智慧城市等領域。

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，可應用在機器人SLAM、室內測距等領域。

CS20系列多款固態激光雷達

CS20系列主要應用在短距5m范圍內的避障及識別，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、精確度高的識別避障3D傳感器。得益于自研dToF芯片技術優勢和開發iToF系列模塊上積累的經驗，矽印科技在創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技術的10米以上CS40系列固態激光雷達，這款傳感器主打室外環境，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的需要。

除了精度外，固態激光雷達在應用現場環境下是否能保持穩定性和一致性是終端用戶重點關注的方面，在這一點上程世球也給出了回答。

他表示，為了保障產品的一致性與穩定性，矽印科技從產品設計到生產多環節上均采取針對性措施：在產品設計初期，針對產品功能規劃了一系列的測試。通過與知名上市公司代工廠開展戰略合作，在樣品階段對功能進行大量測試，收集并分析數據，確保測試數據真實可靠；同時在供應鏈的選擇上，矽印科技選擇的供應商基本為國內外頭部品牌；在量產階段，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品的穩定性、可靠性、一致性。

此外，來自歐洲瑞士、德國等多家相關企業的矽印科技團隊，在品質控制方面有著相當成熟的經驗，母公司SPARC（無錫錫產微集團）旗下成立的Sensor BU，對于子公司的出貨進行統一化品控管理，相比其他友商，在規模上、專業度上更有保障。

未來：避障到導航，一顆取代 作為核心傳感器的激光雷達，是移動機器人實現地圖繪制、確定自身定位及感知環境以及對周邊物體定位等多項功能的關鍵性技術。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。

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

以無人叉車為例，傳統方案一般是避障和導航分開配置，廠家根據不同的功能需求選擇不同的導航及避障產品，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，兼容對接復雜，在實際使用中帶來了極大的不便。

行業內一直在尋求高效率、低成本的解決方法，希望減少車輛搭載的傳感器數量，從而降低成本，但同時需要保障機器人可以實現最佳的導航避障效果。

在將避障和導航兩種功能結合的載體上，固態激光雷達成為了業內探索的方向之一。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，固態激光雷達被視為未來的主要發展趨勢。然而，固態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，而且容易受到環境光線干擾等問題。

程世球表示，dToF技術壁壘高，但相對于iToF等其他技術而言，幾乎沒有理論死角，因此矽印科技將繼續堅持在激光雷達的三大技術層面（芯片、系統、算法）中大膽創新，致力于研發出能適用于十幾米至二三十米的dToF解決方案，使得固態激光雷達能適應較遠距離，點云密度也夠棧板識別和導航應用，提供高分辨率識別，既可以用于避障又能用于導航。

“在遠距離探測、強環境光抑制、低功率、高運算效率等性能方面滿足導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）導航的過程中，目前已率先開發適用于遠距離導航的ToF固態激光雷達CS40，未來將開發更高功效的dToF芯片，今年下半年還也將發布一款用于10-15米距離導航的CS40 pro。

程世球提到，矽印科技未來將繼續加大在dToF技術領域的投入，堅持全固態激光雷達路線，將ToF產品線逐步完善，未來還將推出更多適用于工業視覺、工業移動機器人、無人叉車等領域的產品。 ? ?

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? ? 編輯：黃飛