機(jī)器“看”世界，需要完整的3D傳感解決方案

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，隨著3D傳感模組價(jià)格的下降和性能的提升，3D視覺或深度傳感正不斷賦能各種新應(yīng)用，包括幫助機(jī)器人創(chuàng)建環(huán)境地圖并完成任務(wù)，比方如何最好地避讓人類。其他應(yīng)用還包括物體取放、組合裝配和檢測，以及將物品從一個(gè)位置移動到另一個(gè)位置等。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，隨著3D傳感模組價(jià)格的下降和性能的提升，3D視覺或深度傳感正不斷賦能各種新應(yīng)用，包括幫助機(jī)器人創(chuàng)建環(huán)境地圖并完成任務(wù)，比方如何最好地避讓人類。其他應(yīng)用還包括物體取放、組合裝配和檢測，以及將物品從一個(gè)位置移動到另一個(gè)位置等。

這些應(yīng)用都依賴于經(jīng)濟(jì)且強(qiáng)大的3D視覺傳感器，目前，該領(lǐng)域存在多種競爭型技術(shù)。所有這些技術(shù)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，具有不同的工作距離、分辨率、處理能力以及成本。每種技術(shù)都有其重要的市場價(jià)值，大體因?yàn)槟壳斑€沒有能夠應(yīng)對所有應(yīng)用場景的單一最佳解決方案。

3D成像在自動駕駛汽車的環(huán)境感知方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用

“根據(jù)各種應(yīng)用所需要的性能和市場限制，這些技術(shù)都可以找到各自的用武之地，” Yole光電子技術(shù)和市場分析師Alexis Debray說道。

對于3D視覺，競爭技術(shù)包括許多種類的激光雷達(dá)（LiDAR）和飛行時(shí)間（time-of-flight，ToF）傳感器，它們發(fā)出光線并通過測量返回信號所需要的時(shí)間來獲得距離信息。還有結(jié)構(gòu)光技術(shù)，該方案通過測量投射到物體上的光圖案的變形來確定距離（也是三角測距法）。另一種技術(shù)是激光三角測量，通過激光點(diǎn)出現(xiàn)在相機(jī)視場中的位置提取深度。最后，還有一種技術(shù)方案是立體深度視覺傳感，通過使用兩個(gè)相機(jī)圖像特征點(diǎn)的差異來計(jì)算距離。

除立體深度視覺外，上述方法都需要某種形式的照明。這在某些照明不定的工業(yè)環(huán)境中可能是優(yōu)勢，但照明確實(shí)增加了功耗，如果是電池供電型設(shè)備就可能會帶來供電問題。

供電與照明

現(xiàn)在，這幾種3D傳感技術(shù)在功率和尺寸方面都有了顯著的改善。“例如，結(jié)構(gòu)光深度傳感，2009年時(shí)的功耗約為10W，模組大概有一塊磚頭那么大，而現(xiàn)在，尺寸僅為拇指指甲大小的飛行時(shí)間模組，功耗僅需250mW，”飛行時(shí)間傳感器制造商pmd technologies（以下簡稱pmd）銷售和業(yè)務(wù)開發(fā)副總裁Mitch Reifel介紹說。

3D視覺或深度成像解決方案的發(fā)展演變。上圖是三種性能大致相當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，使用了兩種不同的技術(shù)方案（結(jié)構(gòu)光和飛行時(shí)間）。十年來，尺寸都大約縮小了十倍。

受益于這些技術(shù)的進(jìn)步，新應(yīng)用才能層出不窮，例如大型倉庫中移動排架的機(jī)器人。深度傳感可以幫助機(jī)器人識別哪些是貨架，并幫助它們跟蹤架子上的物體。

美國賓夕法尼亞州ifm efector公司的機(jī)器人感知業(yè)務(wù)開發(fā)負(fù)責(zé)人Garrett Place表示，深度傳感技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。這家美國公司是德國ifm electronic的子公司，ifm electronic是擁有pmd的自動化解決方案供應(yīng)商。

得益于更好的3D視覺，一項(xiàng)新應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，那便是卸垛。顧名思義，這項(xiàng)應(yīng)用包括利用機(jī)器人從托盤上取下貨物，并將它們放在傳送帶上。這在工廠進(jìn)貨時(shí)很常見。3D相機(jī)的使用能夠更快地定位貨物，從而提高操作效率。

“除了機(jī)器人本身的移動之外，在完成一件搬運(yùn)到拾取下一件之間沒有任何延時(shí)，”Place說，“這太強(qiáng)大了，平均每件貨物可以節(jié)省3~5秒。”

另一個(gè)新應(yīng)用案例是自動叉車。在這項(xiàng)任務(wù)中，自動駕駛叉車必須精確定位它需要移動叉起的貨物。使用3D相機(jī)收集所需要的信息，可以更快、更準(zhǔn)確地完成任務(wù)，從而提高操作的速度和安全性。

在服務(wù)業(yè)也可以找到3D模組價(jià)格下跌所帶來的新興應(yīng)用。例如，利用機(jī)器人手臂為人提供飲料或其他物體，深度傳感可以確保物品被安全地傳送。但是當(dāng)機(jī)器人手臂接近目的位置時(shí)，手臂、物體或兩者都可能阻擋機(jī)器人“視線”。因而，可以在機(jī)器人手臂中安裝成本低廉的3D傳感器，以提供近距離3D視圖，從而提高安全性和性能。不過，這樣做需要3D相機(jī)之間的同步和數(shù)據(jù)疊加，以及與所有其他傳感器的信息融合。