原创 EEL与VCSEL并驾齐驱 激光3D传感的避障新思维

2024-6-18 17:35 235 1 1 分类: 机器人/ AI 文集: 艾迈斯欧司朗最新资讯

激光激发3D视觉感知,细腻勾画工业自动化版图的智能经纬,引领科技与效率的和谐共鸣。

在现代智能化的浪潮中,工业机器人已成为推动产业升级、提升作业效率的关键力量。它们穿梭于繁忙的生产线乃至复杂的仓储空间,执行着从精密装配到大规模物流搬运的多样化任务。

然而,这些无人勇士在追求高效运作的同时,面临着一个核心挑战——如何在纷繁复杂的环境中精准识别并有效规避障碍物,确保任务的顺利完成及周边安全。

这就凸显了机器人避障技术的重要性:它是机器人自主导航的灵魂,是决定机器人能否在真实世界中安全、灵活作业的基石。


1、各有千秋的避障方案

想象一下,一台自动导引车(AGV)在灯火通明的智能仓库中忙碌,它需在密集堆放的货架间精确行驶,避免碰撞;又或是一架无人机,在进行地形测绘时,必须在林立的城市高楼间穿梭,实时判断并避开障碍物;抑或是工厂内一队机器人在复杂的生产流水线中穿行,它们不仅要对周遭环境有着敏锐的感知能力,而且要能作出合理规避障碍的决策……

这些场景中,哪怕是最微小的误判都可能导致生产中断、财产损失乃至人员安全风险。因此,一套高效、可靠的避障系统成为了机器人不可或缺的“眼睛”和“大脑”。

机器人避障技术是一种先进的技术。避障,顾名思义,就是避开障碍物。它使机器人能够在执行任务时自动检测并规避其路径中的障碍物。这项技术依赖于一系列传感器、算法和控制系统的协同工作,以实现对环境的实时感知和动态决策能力。

艾迈斯欧司朗市场经理范镓表示,“大家都知道工业机器人避障的流程可选多种传感方案,包括并不限于超声波传感、红外传感、激光传感等。”

超声波传感一般作用距离较短,同时也会有一个几十毫米左右的最小探测盲区。由于超声传感器成本低、实现方法简单、技术成熟,是移动机器人中常用的传感器。

红外传感,多采用三角测距原理。常见的红外传感器的测量距离都比较近,小于超声波。另外,对于透明的或者近似黑体的物体,红外传感器是无法检测距离的。但相对于超声波来说,红外传感器具有更高的带宽。

范镓也表示,“由于超声波和红外方案具有成本优势,在市场上应用较多。”

而激光方案虽然成本较高,但由于其发射角更小,且在光强方面的性能也优于红外LED等,因而能实现更精准、更一致的避障效果,这也为系统厂商所青睐。毕竟,避障系统的鲁棒性和一致性是很多场景应用考量的重中之重。

据悉,艾迈斯欧司朗在激光发射器领域有着较为全面的布局。


2、面面俱到的激光方案布局

“可以说,在激光发射器领域,我们有非常全面的产品线覆盖。”

艾迈斯欧司朗机器人在避障应用中提供的激光产品分为两类,EEL和VCSEL。

上图左侧的EEL方案包含塑料封装、金属封装和SMT封装的3类产品。

而在VCSEL方案(上图右侧)中,目前艾迈斯欧司朗能提供包括封装成泛光投射器形式的BIDOS® P2433和BIDOS® P4040,以及封装成点斑投射器的Belice和Belago系列,以及不带封装的裸Die。

例如,Belice、Belago系列,现在叫做BIDOS® P3435 Q,产品优势就在于高光输出和低功耗,主要应用于结构光方案。

VCSEL泛光投射器的BIDOS® P2433 Q和BIDOS® P4040 Q,主要应用场景为ToF。这类产品能够提供非常均匀的方形光斑,因此也会用作补光光源,助力接收端得到更稳定、可靠的信号反馈。

第三类的VCSEL Chips也就是裸Die,属于艾迈斯欧司朗个性化服务的典范。“由于我们的封装也许不能满足所有的VCSEL使用端的定制化需求,比如在光斑、光束角的定制以及机械结构方面,因此裸Die系列就会给客户提供一个自由定制封装的选择。”

在裸Die系列中,也有850nm和940nm的波长可供选择,以及2~10W左右的产品系列覆盖。

若纵观VCSEL系列产品的整体平台,在波长方面艾迈斯欧司朗布局最多的还是850nm和940nm,它们横跨0.5W~10W功率段,有着丰富的产品线。“主要还是由于这两个波段在工业避障当中应用最为广泛。”

比如Belago系列的VCSEL点斑投射器,通常用于室内5~10米中短距离的移动机器人避障,这也常见的仓储物流机器人的典型场景。据悉,Belago系列中已经配置了人眼安全设计。

“EEL,边发射激光器产品在艾迈斯欧司朗也是拥有非常长的历史。”从固有特性来看,EEL的温漂特性相较VCSEL更大,是限制其发展的重要因素。

但据悉,艾迈斯欧司朗的低温漂EEL产品,在-40°C~105°C 范围波长随温度变化系数降至0.07nm/k,其温度漂移特性已经和VCSEL一致,已形成重大技术突破。

“我们的EEL产品也十分成熟,具有很高的稳定性,已经在不局限于机器人避障应用的工业和汽车领域的LiDAR场景获得广泛的应用。”

如上图所示,EEL方案中目前主推的产品包括SPL TL90AT03和SPL PL90AT03,这两套产业均在工业机器人避障方面拥有很大优势——比如SPL PL90AT03单颗光功率可以达到75W,不仅可以用于长距离的工业避障,例如50米~200米的户外应用,还可以用在新型智慧农业当中用于长距离、低频的信号传输。


3、激光3D传感应用:避障之外

在探索激光3D传感应用时,我们发现避障只是其众多功能中的一环,在自动化与智能化时代激光3D传感扮演着更为多元化且深刻的角色。

例如,智能移动机器人如扫地机,不仅要在广阔开放的户外空间中自主导航避障,还需在长达50米的范围内精确感知周围环境,而这得益于高稳定性的激光传感器,如采用塑封或金属封装的高性能激光器,它们能在强光环境下保持卓越性能,同时具备长时间的使用寿命。

无人机应用中,基于激光的3D传感同样能实现导航定位、三维地图的重建等。这些能力不仅能够帮助无人机完成高精度的地理测绘与环境探测,还能在复杂环境中实现安全降落,显著增强了无人机在地质勘探、灾害监测等领域的应用潜力。

此外,公共安全领域也因3D传感技术的进步而受益匪浅。EEL与VCSEL激光光源技术的赋能,不仅加强了对车辆与行人的智能检测,还在城市监控、人群管理等公共安全应用场景中发挥重要作用,有效维护社会秩序与公众安全。通过精准识别与即时响应,基于3D传感技术构建起一道无形的智能防护网,使得城市的管理与应急反应更加迅速与高效。

对于户外扫地机,由于户外空间宽敞,同时需要检测较远距离。因为激光受阳光的影响相对较小,此时就依赖基于激光的3D传感技术,“目前在户外扫地机这类应用中,我们会提供塑封乃至金属外壳2种不同封装的EEL激光光源。”

如此来看,基于激光的3D传感应用已远远超越了简单的避障范畴,它们正逐步渗透至社会生活的各个角落,从日常的清洁维护到复杂的物流管理,再到空中的遥感探测与地面的安全防护,无一不在展示着科技改变世界的强大能力。

作者: 艾迈斯欧司朗, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-4027149.html

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