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摘要： 无边界割草机器人 作为智能庭院设备的新兴代表，正迅速改变传统割草机市场格局。本文深入解析了无边界割草机器人的核心技术，并对其市场前景和进入欧美市场所需的产品认证要求进行了概述。 根据弗若斯特沙利文预测，2025年全球OPE（Outdoor Power Equipment）市场规模预计达325亿美元，割草机占60%约200亿美元。割草机器人作为替代人工庭院劳动的明日之星，目前行业规模仅26亿美元，年销量120-130万台，销售额渗透率仅12%、销量渗透率5%。全球2.5亿个私人花园，欧美市场占据1.8亿个，我们分别从保有量渗透和增量替代手持/推割草机两个维度来分析，乐观/保守情境下，2030年预计割草机器人销量有望突破至500-1000万台。 图：Mordor intelligence 预测割草机器人规模 图：各区域割草机器人渗透率 无边界割草机器人凭借无须埋线、更高的割草效率、避障适应能力强等综合优势，快速替代原有埋线式产品，加速行业渗透打开新的市场增量空间。预计RTK+ 激光雷达 的技术路线趋于成熟，行业降本速度加快，规模化生产+供应商国产替代至少实现30%以上降本空间，有助于价格下探提高产品使用经济性和市场接受度。 《德国莱茵TÜV家用割草机器人白皮书》中分析，割草机器人经历了从 M1 到 M2 及 M3 的产品发展过程。M1 为无信号站但有理线式；M2 升级为有信号站且无理线式；M3 则是无信号站且无理线式。在功能演进上，未来的无边界割草机器人会增添工整的路径规划、强大的地图定位系统、人机交互的手机 APP 以及丰富的切割控制算法。 割草机器人技术经历了从惯导、预埋线到RTK，再到视觉的多轮探索。如今，行业开始将目光投向更本质的突破——从单纯的位置定位转向对环境的深度理解，从二维地图的构建迈向三维空间的认知。这种转变不仅提升了机器人的自主性和适应性，也标志着行业从传统导航技术向智能化、认知化方向迈进。 埋线式- RTK割草机器人，上一代技术 2021年以前割草机器人以埋线式产品为主。1995年，富世华发明了第一台太阳能驱动的割草机器人，成为自动割草机器人的始祖。公司奠定了埋线式割草机的技术路线，埋线式通过在草坪中预埋线框定割草区域，优点在于产品结构简单成本较低，机身之外无需增加智能模块。 不过埋线式的割草机器人缺点很明显： 1）埋线人工成本高，在300美元左右，无法适用大面积草坪。 2）随机路线，割草效率低，同样在大花园使用挑战大。 2024年全球割草机出货量在120万台左右，主要被老牌割草机器人企业富世华+宝时得所占据，其中富世华约65万台，宝时得30万台，在埋线式产品时代，两家份额合计90%左右，目前依旧占据75%左右份额。 依赖新技术对传统技术的颠覆，参考扫地机从随机碰撞到精准规划+全基站产品，割草机器人从埋线式到无边界产品升级，在2025年，无边界割草机器人有望进一步降本提速，2025年将成为真正的行业爆发元年。 割草机器人技术路线 那么今天就让我们一起来重点分析无边界割草机器人有哪些核心技术。 一、无边界割草机器人导航系统核心技术 割草机器人导航系统的核心技术主要包括GPS、 SLAM （即时定位与地图构建）和 VSLAM （视觉同步定位与地图构建）等。 GPS技术 GPS是割草机器人导航的基础技术之一，通过接收卫星信号实现高精度定位。GNSS高精度卫星定位技术能够在空旷场景下实现厘米级轨迹精度，即使在树荫或建筑遮挡下也能保持使用效果。此外，GPS与 IMU ， 高线束激光雷达 结合使用，可以进一步提升定位精度和稳定性。 高线束激光雷达技术 高线束激光雷达通过发射多束激光，能够提供高密度的三维点云数据，从而实现对环境的精确感知和建模。其高分辨率和抗干扰能力使其在复杂环境中表现出色，尤其是在不规则地形和花丛环境中，能够有效提升割草机器人的导航精度和效率。高线束激光雷达的全天候工作能力使其能够在不同光照和天气条件下稳定运行。这点对于割草机器人来说尤为重要，很多时候，消费者更希望享受完阳光之后，再让割草机器人在夜晚默默工作。 SLAM技术 SLAM是一种重要的自主导航算法，通过激光雷达、摄像头等传感器实时感知环境并生成地图，同时确定自身位置。例如，基于激光雷达的SLAM技术能够有效解决复杂环境下的定位问题，并且通过路径规划优化割草效率。高线束激光雷达结合SLAM算法也被广泛应用于割草机器人中，以提高其在不规则花丛环境中的感知能力。 多传感器融合 为了克服单一技术的局限性，割草机器人通常采用多传感器融合技术。例如，RTK技术结合高线束激光雷达和IMU，能够在GPS信号不佳的环境中提供高精度的定位。这种多传感器融合方案不仅增强了环境感知能力，还提高了割草机器人在复杂自然环境中的适应性。 割草机器人导航系统的核心技术涵盖了GPS、SLAM和VSLAM等多种方法，同时结合多传感器融合技术以提升整体性能和适应性。这些技术共同为割草机器人提供了高效、精准的自主导航能力。 观察各品牌亚马逊一星评论反馈，目前无边界割草机器人 主要客户投诉集中在导航定位、避障、定位精度上存在不少问题，技术需要进一步迭代。 二、 割草机器人传感器技术 割草机器人通常采用视觉传感器与激光雷达的组合技术，以实现高效、安全的自主割草功能。 视觉传感器：视觉传感器（如摄像头）用于环境感知和障碍物识别，通过图像处理技术分析割草区域内的障碍物类别和位置。结合AI算法，视觉传感器可以实现边界检测、脏污检测和移动目标检测等功能。此外，视觉传感器还可以通过图像识别技术，识别不同类型的障碍物，如树木、家具、行人和宠物等，确保机器人在庭院中安全运行。 然而，仅有视觉感知是远远不够的，在《德国莱茵TUV家用割草机器人白皮书》中显示，目前市场上的产品质量良莠不齐，用户负面评价较多。 测试结果显示，仅有一台视觉款机器识别到了所有的障碍物，而其他绝大多数的无边界割草机器人，目前仅凭视觉无法解决对小物体、小动物的感知问题。 高线束激光雷达：激光雷达是割草机器人实现高效、安全作业的关键传感器之一。它通过发射激光束并接收反射信号，生成厘米级精度的三维点云数据，为机器人提供精确的环境感知能力。目前激光雷达企业例如禾赛、亮道等，均为割草机器人领域提供高点云密度，大视场角的3D激光雷达产品。虽然搭载激光雷达带来了硬件成本的增加，但因为大大降低了纯视觉数据训练的难度和投入，加速了产品上市时间，据悉下一代无边界割草机器人，多在测试使用带激光雷达的融合感知方案。 超声波传感器：超声波传感器是割草机器人中最常用的传感器之一，其测距范围广（通常为15cm至200cm），能够检测远距离障碍物，如树木、柱子和台阶等。此外，超声波传感器不受天气影响，适合户外环境应用，并且具有较高的精度和可靠性。它通过发射高频声波并接收回声信号来计算距离，同时具备数字通信功能，可快速反馈障碍物信息。 割草机器人还可能配备其他辅助传感器，如红外摄像头、倾角传感器和雨滴传感器等，用于进一步提升其智能化水平和适应性。割草机器人通过视觉与激光雷达、RTK惯导的组合，实现了对环境的全面感知和自主避障能力，从而提高了工作效率和安全性。 割草机器人避障算法核心原理 割草机器人避障算法的核心原理主要基于传感器技术和智能算法，通过实时感知周围环境并结合路径规划和避障策略来实现自主导航和安全运行。 通过采用视觉+激光雷达融合的深度学习技术，机器人能够更准确地识别障碍物特征，并生成有效的避障路径。这种多模态融合方法不仅提高了机器人对环境的理解能力，还增强了其在复杂场景中的导航和作业效率。例如，地平线的旭日5智能计算芯片为割草机器人提供了强大的视觉感知能力，能够处理多路传感器信号输入与融合处理，包括RTK、视觉、TOF、双目以及激光雷达等，从而实现高精度定位感知和避障等功能。此外，深度学习模型的训练使得机器人能够识别草坪中的高草、篱笆、树木等障碍物，确保割草过程的安全和高效。这种智能感知和精准避障的能力，显著提升了割草效率和用户体验。 避障方案 o 主动避障：通过传感器实时感知障碍物并调整行进方向或停止工作，避免碰撞。例如，超声波传感器用于近距离障碍物检测，激光雷达则用于非常规物体、移动物体、以及中远距离障碍物识别。 o 动态调整速度：在接近障碍物时，割草机器人会主动判断障碍物的速度与状态，采取降低速度、停下等待等不同的智能策略，以确保安全转弯、绕行。 三、 割草机器人动力系统核心技术 割草机器人的能源管理系统设计是一个复杂且多方面的课题，涉及电池管理、能源优化、环境感知和智能决策等多个方面。割草机器人的动力系统核心技术主要包括电机技术和电池技术。 电池管理系统 割草机器人通常采用锂电池作为主要电源，因其高能量密度和长寿命的特点。为了延长续航时间，系统需要高效的电池管理系统（BMS），包括电压检测、电量估算和系统自检等功能。一些设计采用双供电模式，结合锂电池和太阳能电池，以提高作业量和降低成本。太阳能电池板可以为机器人提供额外的电力支持，但其性能受天气条件影响较大。另外，太阳能电池板会增加割草机器人的重量和体积，可能会影响其机动性和灵活性。 能源优化 通过精确控制工作负载来优化电池充电频率、时间和工作周期，可以有效减少电池损耗。例如，根据草坪长度和地面状况调整割草机的移动速度，以减少工作时间。混动割草机通过电动和发动机两种动力源的协同工作，延长了续航时间并提高了作业效率。此外，一些先进的能源管理系统还集成了智能算法，能够根据环境条件和任务需求动态调整能源分配。 智能化与集成化 现代割草机器人的能源管理系统不仅局限于电池管理，还与机器人的整体智能系统深度融合。例如，通过物联网技术实现远程监控和诊断，用户可以通过手机或电脑随时随地查看电池状态。此外，一些系统还采用了边缘计算技术，将部分数据处理任务分散到机器人本地，提高系统的响应速度和可靠性。 环保与可持续性 随着环保意识的增强，越来越多的割草机器人设计开始采用太阳能供电，以减少对传统能源的依赖。这种设计不仅降低了运营成本，还符合可持续发展的要求。同时，一些制造商也在探索更高效的电池回收和再利用方案，以进一步减少环境影响。 图来自网络 四、割草机器人动力系统核心技术 割草机器人动力系统的核心技术主要包括爬坡能力和动力传动两方面。 爬坡能力： 爬坡度的定义 爬坡度是指机器人在斜坡上能够稳定行驶的最大坡度角度。通常以度数表示，例如30°、35°或40°，也有用百分比（%）来表示的。 坡度百分比=(水平距离高度差)×100%。 · 45%坡度（24°）：适合中等坡度的草坪，适合大多数城市绿化或小型丘陵地带。 · 65%坡度（33°）：适合更陡峭的地形，例如果园或光伏电站。 · 100%坡度（45°）：适合极端地形，例如陡峭的山坡或复杂地形。 爬坡度越高，机器人在陡坡地形中的适应性越强。 影响割草机器人爬坡度的关键技术因素主要包括以下几个方面： 履带设计与动力系统：履带式割草机器人通常具有较强的爬坡能力，其履带设计能够提供更好的牵引力和稳定性。例如，迈步智能割草机采用履带设计，可应对高达45°的接近角和复杂地形。此外，履带张紧力和履带与地面的摩擦力也是关键因素，这些都会影响爬坡时的驱动力。 电池性能与续航能力：割草机器人的电池容量直接影响其在陡坡上的工作时间。 智能化控制系统：智能算法和控制系统能够提高割草机器人的爬坡效率。例如，基于稳定螺旋桨控制和四轮转向的割草机器人能够在陡坡上保持稳定。陡坡作业也会显著增加能耗，部分机型可以通过智能路径规划减少重复爬坡，从而提高作业效率。 机械结构与稳定性：割草机器人的底盘设计、轮胎类型以及悬挂系统都会影响其爬坡能力。例如，Robomow RT300采用高牵引力轮和浮动切割系统，使其能够在36%的坡度上高效工作。Husqvarna部分机型配备的倾斜传感器，可以实时监测机身倾斜度并调整动力分配。Husqvarna 435X AWD则通过底盘优化降低翻车风险。 安全保护机制：防止翻滚和倾覆的安全装置（如ROPS）对于陡坡操作至关重要。例如，部分割草机器人配备倾角传感器以避免在陡坡上发生翻滚。 技术发展趋势 动力系统升级：未来割草机器人的爬坡能力将通过更高性能的电机和混合动力系统进一步提升。 智能化控制：结合传感器和智能算法，机器人能够实时调整姿态和动力输出，以适应不同坡度。 地形适应性增强：通过优化履带设计和重心分布，进一步提高机器人在复杂地形中的稳定性。 动力与传动系统 电动机驱动：割草机器人主要依靠电动机驱动，包括用于割草刀片旋转的电机和用于移动底盘的电机，通常采用锂电池作为动力源。例如，部分割草机器人使用12V直流电机，通过电机控制器调节速度和方向，实现高效割草和移动。尽管锂离子电池技术不断进步，但电池供电的割草机器人在运行时间上仍无法与汽油动力的替代品相匹配。频繁充电的需求可能会影响整体效率，尤其是在需要长时间作业的场景中。 电动化技术在动力传动系统中的应用是提升能效的重要方向。例如，通过优化电机控制策略，如实时协同控制算法，可以显著提高双电机电动车辆的动力传动效率，减少能耗。 传动系统：割草机器人的动力通过传动系统传递至刀片和移动机构。例如，传动系统可能包括齿轮、皮带、链条等部件，以确保动力高效传递。此外，某些割草机器人还采用减速器来优化动力输出，提高效率。 通过优化传动系统的设计，例如改进齿轮齿隙、优化润滑系统和采用新型材料，可以显著降低摩擦损失，从而提高传动效率。例如，CVT（无级变速器）的优化设计通过减少液压泵的使用，实现了2.8%的传动效率提升。此外，轻量化和高负荷比的部件设计也显著降低了传动系统的扭矩重量比，提高了整体效率。 控制系统：割草机器人配备微控制器或嵌入式系统，用于控制电机的速度、方向以及割草路径规划。这些系统通过传感器数据进行环境感知和路径规划，从而实现精准的割草操作。 电池与充电系统：割草机器人通常配备高能量密度的锂电池，如磷酸铁锂电池，以支持长时间工作。当电池电量不足时，机器人会自动返回充电站进行充电。 尽管锂离子电池技术不断进步，但电池供电的割草机器人在运行时间上仍无法与汽油动力的替代品相匹配。频繁充电的需求可能会影响整体效率，尤其是在需要长时间作业的场景中。目前新的技术开发方向包括：快充技术（如30分钟充至80%）和太阳能充电站集成方案，减少停机时间。以及针对大草坪用户，支持电池热插拔更换，实现连续作业，避免组作业任务丢失或者无法衔接的情况出现。 五、割草机器人通信模块技术 割草机器人在通信模块技术方面主要涉及物联网（IoT）和远程控制技术，这些技术为割草机器人提供了智能化、高效化和便捷化的操作能力。但同时日益智能的设备也带来了不得不重视的网络安全等潜在隐患，也需要网络安全防护设计来最大限度降低隐私泄露与设备滥用风险。 物联网（IoT）技术 割草机器人通过物联网技术实现了远程监控和控制。用户可以通过手机APP或网页界面远程设置割草任务、调整割草区域，并实时监控机器人的工作状态和电池电量。物联网卡的应用进一步推动了割草机器人的无人化管理，用户可以远程启动或停止机器、调整工作模式，并实时获取设备状态信息。此外，基于IoT的割草机器人还可以通过Wi-Fi、蓝牙或ZigBee等无线通信协议与用户设备连接，支持数据同步和远程控制。 远程控制技术 割草机器人支持多种无线通信方式，包括Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、LoRa等，以满足不同场景下的通信需求。例如，LoRa模块在开阔环境中可实现长达5公里的通信距离，特别适用于复杂地形。用户可以通过移动应用程序或遥控器对割草机器人进行远程操控，包括预设路径、定时任务和障碍物规避等功能。部分割草机器人还支持语音控制功能，进一步提升了用户体验。 不得不加以重视的网络安全 割草机器人依靠多种传感器与通信模块运作，硬件层面存在诸多隐患。GPS 模块信号易被干扰或欺骗，导致路径规划失误；蓝牙 / Wi-Fi 模块可在一定范围内被劫持，存储介质中的用户数据常以明文形式存储，易被窃取。软件与算法方面，定制化操作系统若未及时更新，通信协议安全性低，云服务存在数据保留隐患，都给黑客可乘之机。 现实中，割草机器人面临多种安全威胁。科沃斯曾出现漏洞，攻击者能通过蓝牙连接控制设备，读取敏感信息，甚至破坏设备。数据泄露问题也较为严重，设备存储的地图与用户习惯数据，可能被用于窥探用户生活。物理攻击同样不可忽视，例如绕过防盗锁重置设备归属权，或恶意指令致使硬件损坏。 割草机器人的网络安全问题涉及硬件、软件、通信与用户行为的综合防护。尽管厂商在认证与加密技术上取得进展，但历史漏洞表明仍需持续投入安全研发。用户需结合技术加固（如网络隔离、固件更新）与物理防护（如防盗锁），并关注厂商安全通告，以最大限度降低隐私泄露与设备滥用风险。 六、无边际割草机器人的安全机制的设计 无边界智能割草机器人在为用户提供高效便捷的割草体验的同时，其安全设计尤为重要。无边界智能割草机器人需要多层次的安全机制来确保操作过程的安全性，否则可能引发意外事故，甚至对用户、宠物及设备造成危害。 无边界智能割草机器人的安全设计涵盖了从传感器技术、紧急停止功能、物理防护设计、定位导航技术、远程控制、安全联锁系统、翻滚保护结构、电池管理到儿童与宠物保护等多个方面。这些措施共同构建了一个全方位的安全保障体系，确保用户、宠物和设备的安全性，让用户可以放心使用。 这些安全机制主要体现在以下几个方面： 1. 传感器与感应技术：割草机器人配备多种传感器，如激光雷达、视觉传感器、超声波传感器、红外传感器和接触传感器等，用于检测周围环境中的障碍物、人或宠物，并在检测到障碍时自动停止或减速，从而避免碰撞和伤害。 2. 紧急停止功能：当检测到危险情况（如倾斜、碰撞或异常信号）时，割草机器人可以立即停止运行，以防止事故的发生。这一功能通常通过遥控器或内置安全系统触发。 3. 物理防护设计：割草机器人的切割装置设计为可伸缩或旋转式刀片，以减少对人和动物的伤害风险。此外，切割装置外壳需符合国际标准，确保即使在无人看管的情况下也不会抛掷物体或造成伤害。 4. 定位与导航技术：借助激光雷达和自研的融合定位系统，无边界智能割草机器人能够实现厘米级的精准定位和路径规划。这些技术不仅支持机器人在复杂环境中自主绘制高精度地图，还能实时更新地图以适应环境变化。即使在建筑物密集区或夜间作业时，机器人也能保持稳定的定位精度，确保作业的安全性和高效性。 5. 远程控制与监控：用户可以通过手机APP远程控制割草机器人，设置虚拟边界、监控割草进度，并在必要时手动干预操作。这种远程控制功能不仅提升了用户体验，还为用户提供了实时管理机器人的能力，进一步增强了使用的安全性。 6. 电池与充电安全：机器人通常配备专用电池，并通过充电站自动充电。先进的电池管理系统确保充电过程安全可靠，避免过热或短路。这种设计不仅延长了电池的使用寿命，还杜绝了因电池故障引发的安全隐患。 7. 儿童与宠物保护：无边界智能割草机器人在设计时充分考虑了对儿童和宠物的安全性。当机器人检测到附近有人或动物时，会自动降低速度或停止工作。这种设计不仅减少了意外伤害的风险，还为家庭提供了更安全的使用环境。 8. 数据安全与网络安全：在数字化时代，网络安全是无边界智能割草机器人安全设计的关键环节。机器人通过加密通信和定期更新软件来保护用户数据和设备免受网络攻击。这种严格的安全标准确保了用户数据的保密性、完整性和可用性，防止数据泄露和恶意攻击。 割草机器人的安全性主要通过传感器技术、紧急停止功能、物理防护设计、定位导航技术、远程控制、安全联锁系统、翻滚保护结构、电池管理以及儿童与宠物保护等多方面实现。这些措施共同保障了用户、宠物和设备的安全性。 七、行业标准与认证要求 行业标准与认证要求，如 CE认证 和 FCC认证 ，是确保产品在特定市场中合法销售和使用的必要条件。这些认证主要涉及产品的安全性、电磁兼容性、无线电频谱使用等方面。 欧洲市场对智能割草机器人的认证要求主要包括以下几个方面： 1. CE认证： 这是进入欧洲市场的强制性要求，确保产品符合欧盟的基本安全、健康和环保要求。割草机器人作为机械设备，需满足MD指令（机械指令）下的相关标准，如EN ISO 12100:2010、EN 60204-1:2018等。 2. RED认证： 针对无线设备的认证，割草机器人若涉及无线电通信功能，需符合欧盟的RED指令及相关EN 303 456标准。 3. EMC认证： 确保产品在电磁兼容性方面符合欧盟要求，避免干扰其他设备。 4. 网络安全和隐私保护认证： 如ETSI EN 303 645标准，适用于物联网产品，确保数据保护和隐私安全。 5. 其他安全认证： 如GS认证（德国安全认证标志），适用于特定市场的需求。 割草机器人还需根据具体应用场景和功能，满足其他相关标准，如家用电器的EN 50636-2-107:2015标准。制造商需提前了解并准备这些认证流程，以确保产品顺利进入欧洲市场。 美国市场对智能割草机器人的认证要求主要包括以下几个方面： 1. FCC认证： 智能割草机器人需要通过美国联邦通信委员会（FCC）的认证，以确保其无线功能符合FCC PART 15标准。FCC认证主要针对产品的电磁兼容性（EMC）和无线测试，包括辐射发射和抗扰性测试。这些测试通常在设计阶段进行，并可能需要多次重复以符合法规要求。 2. UL认证 ： 美国市场对电动工具和相关设备的安全性有严格要求，智能割草机器人通常需要符合UL的安全标准。UL认证标志在美国市场中具有高度认可度，是进入美国市场的关键条件之一。UL认证主要针对产品的安全性能，包括电气安全、机械安全、环境安全和操作安全等。例如，UL 1447标准测试内容涵盖漏电电流、起动电流、接地连续性、输入、冲击、温度等。电动割草机器人需符合UL 62841标准，该标准涉及电动工具的安全性，包括电气绝缘、机械强度、防水防触电等。UL认证流程通常包括工厂检查、产品测试、报告审核等步骤，最终获得授权后可使用UL标志 3. 其他认证： 部分智能割草机器人还可能需要符合北美cTUVus认证、CE-RED无线设备指令符合性证书等，以确保产品在北美市场的合规性。 美国市场对智能割草机器人的认证要求主要集中在FCC、UL和CPSC等标准上，这些认证确保了产品的安全性、电磁兼容性和无线功能的合规性。 总 结 无边界割草机器人作为智能庭院设备的新兴代表，凭借其无需预埋线、高效割草和强大的避障能力等优势，正在快速改变传统割草机市场格局。本文深入解析了无边界割草机器人的核心技术，包括先进的导航系统（如GPS、SLAM和激光雷达）、多传感器融合技术、动力系统、通信模块以及全方位的安全机制。这些技术的融合不仅提升了割草机器人的自主性和适应性，还为用户带来了更高的便利性和安全性。 同时，随着市场需求的增长和技术创新的加速，无边界割草机器人正朝着更高的智能化、自动化和环保方向发展。其市场规模有望在未来几年内实现显著增长，尤其是在欧美等私人花园众多的地区。然而，进入国际市场需要满足严格的行业标准和认证要求，如欧洲的CE认证、美国的FCC和UL认证等，这些认证不仅是产品合法销售的保障，也是产品质量和安全性的体现。 未来，随着技术的进一步成熟和成本的降低，无边界割草机器人有望在全球范围内实现更广泛的普及。其在提升庭院维护效率的同时，也将为用户创造更安全、便捷和环保的生活体验。对于制造商而言，持续的技术创新、严格的质量控制和对市场需求的敏锐洞察将是赢得市场竞争的关键。而对于消费者来说，选择符合国际标准和认证的产品，不仅能确保使用安全，还能享受到智能科技带来的高效与便利。 微信号｜ Robo Lab 重构机器「看见世界」的方式。 用硬核科普+实战案例，拆解光束背后的科技革命。 欢迎关注“Robo Lab 机器人实验室”

引言 在智能工业的浪潮中，高精度感知技术正成为推动行业发展的关键力量。无论是智能机器人、智能割草机器人、智能无人机还是智能安防系统，都需要一种能够精准感知环境的技术来实现自动化和智能化。今天，我们将一起探索激光雷达——这一智能工业的“新视界”。 什么是激光雷达？ 激光雷达（LiDAR，LightDetectionandRanging）是一种利用激光进行距离测量和环境感知的技术。它通过发射激光脉冲，测量激光脉冲从发射到返回的时间差，从而计算出目标物体的距离。激光雷达不仅可以测量距离，还能通过多个激光束和快速扫描，生成高分辨率的三维点云图，帮助设备“看”清周围环境。 激光雷达的工作原理 1.发射激光脉冲：激光雷达内部的激光发射器会发出一束或多束激光脉冲，这些脉冲以极高的频率发射到目标物体上。 2.接收反射光：当激光脉冲碰到目标物体后，部分光会被反射回来。激光雷达的接收器会捕捉这些反射光。 3.计算距离：通过测量激光脉冲从发射到返回的时间差（飞行时间，Time-of-Flight），结合光速，激光雷达可以计算出目标物体的距离。 4.生成点云图：激光雷达通过快速扫描多个方向，收集大量的距离数据，最终生成一个三维点云图，用于描述周围环境的形状和结构。 资料来源：亮道智能公众号 激光雷达在智能工业中的重要性 1.高精度感知：激光雷达通过发射激光束并接收反射信号，能够精确测量周围物体的三维位置信息，构建出高精度的环境地图。这种高分辨率的三维感知能力，对于智能机器人在复杂场景中的导航、避障和任务执行至关重要。例如，禾赛科技的 AT128 激光雷达通过 128 线高密度点云扫描，可实时构建高精度地图，帮助机械臂在 0.1 毫米级精度下完成操作。在物流仓储领域，速腾聚创的 RS-LiDAR-M1 通过 MEMS 振镜扫描技术，不仅能识别货架高度、间距，还能检测货物堆叠稳定性。此外，激光雷达在工业检测中也表现出色，能够快速、准确地获取工业零部件的三维尺寸数据，检测其是否符合设计规格和精度要求，有效保障产品质量。 2.全天候工作：工业场景的复杂性往往超出实验室环境 —— 凌晨的厂区、遮光的仓储库、强光直射的户外产线，都对传感器提出严苛考验。与视觉传感器相比，激光雷达的一个显著优势是其不受光照条件的影响。可以在夜间或低光照环境下正常工作，确保设备的稳定运行。这一特性使其在复杂多变的工业环境中表现出色。在一些需要24小时不间断运行的工厂中，激光雷达能够持续监测设备运行状态和人员操作区域，预防机械故障和人员误操作导致的安全事故。在智能割草机器人中，激光雷达可以在夜间或低光照环境下准确感知花园地形，确保设备的稳定运行等。 3.实时数据更新：激光雷达能够快速扫描环境并实时更新数据，为智能设备提供即时的感知信息，使其能够快速响应环境变化。在动态干扰场景下，如仓库中AGV小车的运行，激光雷达凭借快速数据采集能力，能捕捉动态物体，避免定位漂移，确保设备的高效作业。在物流机器人避障和无人机室内导航等场景中，激光雷达的单帧全局成像速度达微秒级，消除了扫描式方案的“运动模糊”效应，移动目标检测精度提升25%，响应速度小于200ms，从而有效避免碰撞，保障安全。 4.多场景适用：激光雷达不仅适用于室内环境，还能在室外复杂场景中工作，在智能无人机或智能割草机器人等室外设备上，激光雷达提供精准的地形和障碍物信息，使得设备能在复杂的地形中进行高效避障和作业。在智能安防领域，亮道智能的纯固态Flash激光雷达以其独特的技术特点，展现出显著的优势，采用高精度测距技术，同时具备超静音特性，非常适合用于安防领域的隐秘监控需求，轻松实现周界防范。此外，激光雷达在智能交通、工业与物流、机器人导航与避障等多个领域都展现出了广泛的应用价值。 5.隐私保护：激光雷达作为主动安全传感器，与视觉传感器相比，具有天然的隐私保护优势。它不依赖于图像采集，因此不会涉及到个人隐私信息的获取和存储。这使得激光雷达在需要保护隐私的场景中，如公共场所的监控、智能安防等，能够更好地满足隐私保护的要求，为人们提供更加安心的使用体验。 资料来源：远桥资产 激光雷达的缺陷 尽管激光雷达具有诸多优势，但它也存在一些缺陷： 1.成本高昂：激光雷达系统的制造涉及精密光学组件和复杂电子器件，导致其价格较高，尤其是机械旋转式激光雷达。这限制了其在消费级市场和大规模商业应用中的普及。 2.易受天气影响：尽管激光雷达在夜间和低光照环境中表现优异，但其性能在大雨、浓雾、雪暴等极端气象条件下会大打折扣。雨雪和大雾会散射激光束，减少其传输距离，降低测距精度。 3.数据量大且处理复杂：激光雷达生成的大量高密度三维点云数据对数据处理和存储提出极高要求。每秒产生数百万个数据点，需要高效的处理算法和强大的计算能力来解析和理解这些信息。 激光雷达与其他感知传感器的配合工作 为了克服激光雷达的缺陷并提升感知系统的整体性能，通常会将其与其他感知传感器（如视觉传感器、毫米波雷达等）进行融合。以下是两个案例： 1.激光雷达与视觉传感器的融合 案例背景： 在自动驾驶场景中，激光雷达可以提供远距离障碍物的准确位置信息，但对物体的纹理和颜色信息感知不足；而视觉传感器（如摄像头）可以提供丰富的纹理和颜色信息，但受光照条件影响较大。 解决方案： 通过融合激光雷达和视觉传感器的数据，自动驾驶系统可以对周围环境进行更加准确的感知。例如，激光雷达提供障碍物的精确位置，视觉传感器提供障碍物的颜色和纹理信息，从而帮助系统更准确地识别交通标志、行人和车辆。 效果： 这种融合方式可以提高目标检测、环境感知和导航的性能，提升自动驾驶系统的安全性和可靠性。 资料来源：雷达学报-基于多传感器融合的协同感知方法整体框架 2.激光雷达与毫米波雷达的融合 案例背景： 在智能无人机的避障应用中，激光雷达虽然能够提供高精度的三维环境信息，但在雨雾天气中性能会下降；而毫米波雷达具有很强的穿透雨雾尘的能力，几乎不受恶劣天气影响，但分辨率和精度较低。 解决方案： 将激光雷达和毫米波雷达的数据进行融合。在正常天气条件下，主要依赖激光雷达的高精度数据；在恶劣天气条件下，利用毫米波雷达的数据补充激光雷达的不足，从而实现更可靠的避障。 效果： 这种融合方式可以有效滤除恶劣天气对激光雷达的干扰，提高无人机在复杂环境下的避障能力和飞行安全性。 总 结 激光雷达作为智能工业中的“新视界”，正以其高精度、全天候和实时感知的能力，为各个领域带来变革。然而，它也存在成本高、易受天气影响和数据处理复杂等缺陷。通过与其他感知传感器的融合，可以有效弥补这些缺陷，提升系统的整体性能。 资料来源：Multi-Sensor Fusion in Automated Driving: A Survey 微信号｜ Robo Lab 重构机器「看见世界」的方式。 用硬核科普+实战案例，拆解光束背后的科技革命。

技术原理：非扫描式全局像的革新 Flash激光雷达是一种 纯固态激光雷达技术 ，其核心原理是通过 面阵激光瞬时覆盖探测区域 ，配合高灵敏度传感器实现全局三维成像。其工作流程可分解为以下关键环节： 1. 激光发射： 采用二维点阵光源（如VCSEL垂直腔面发射激光器），通过光扩散器在单次脉冲中发射覆盖整个视场的面阵激光，视场角通常可达120°×75°，部分激光雷达产品可以做到120°×90°的超大视场角。不同于传统机械扫描或MEMS微振镜方案，Flash方案 无需任何移动部件 ，直接通过电信号控制激光发射模式。 2. 反射信号接收： 反射光由二维单光子雪崩二极管（SPAD）阵列接收，该阵列具备单光子级探测灵敏度，可捕捉微弱光信号。每个SPAD像素独立记录激光飞行时间（ToF），通过公式 d=c⋅t2d=2c⋅t（cc为光速，tt为时间差）计算目标距离。 3. 三维点云生成： 整合所有像素的深度信息后，系统在单次闪光中直接输出稠密的三维点云数据。 与传统扫描式激光雷达相比，Flash方案 省略了复杂的光学扫描机构 ，结构复杂度降低60%以上，同时避免了机械磨损导致的寿命问题，平均无故障时间可达10万小时。 核心优势：突破量产瓶颈的固态革命 Flash技术因其独特设计，在工业与消费级市场展现出显著竞争力： 优势 技术表现 应用价值 全固态架构 无机械转动部件，抗震性提升 3倍以上，适应-40℃~85℃极端环境 满足车规级可靠性要求 量产成本优势 芯片化设计（ VCSEL+SPAD集成）使模组成本降至传统方案的1/3，适合大规模自动化生产 2024年Flash补盲雷达单价已突破200美元，推动L2+级自动驾驶普及 动态场景适应性 单帧全局成像速度达微秒级，消除扫描式方案的 “运动模糊”效应，移动目标检测精度提升25% 在物流机器人避障（响应速度 200ms）、无人机室内导航等场景表现突出 小型化与集成度 模组体积可压缩至5cm³，如亮道智能GEN2 Lite尺寸80*54*58mm，支持隐蔽式嵌入设计 适配服务机器人、智能安防设备等空间受限场景 能效比优化 采用可寻址 VCSEL阵列，动态分区点亮光源，功耗较机械式降低70%（典型值10W） 延长移动机器人续航时间，降低散热需求 技术突破：从“近距离补盲”到“远距离主雷达” 尽管早期Flash技术受限于 探测距离短 （50米）与 抗干扰能力弱 ，但近年通过 三大技术路径 实现性能跃升： 1. 光源革新： o 多结VCSEL技术：通过堆叠发光层（如三结VCSEL），将峰值功率密度提升至300W/mm²，使探测距离突破至150米（10%反射率目标）。 o 光束整形技术：利用微透镜阵列控制光束发散角，能量集中度提升80%，有效抑制环境光干扰。 2. 接收端升级： o SPAD-SoC集成：将SPAD阵列与信号处理电路集成于单一芯片，灵敏度提升至单光子级别，信噪比提高6dB。 o 时序关联成像：通过多次闪光叠加与深度学习去噪，在雨雾环境中有效探测距离延长40%。 3. 系统级优化： o 焦平面扫描技术：将大面阵分割为可独立控制的子区域，实现“准扫描”效果，分辨率达0.1°×0.1°，媲美混合固态方案。 o 多传感器融合：与视觉传感器协同工作，在200米外实现障碍物分类准确率99%。 典型案例 · Opsys SP2.5雷达：采用Micro-Flash技术，在10%反射率下探测距离达150米，分辨率0.1°。 · 禾赛科技FT120：垂直视场角75°，最小探测距离0.05米，完美解决L4 robotaxi场景下的近距离盲区问题。 · 亮道智能Gen2 Lite：专为补盲设计，垂直视场角90°，具备高精度探测与低功耗特性，为机器人提供卓越的环境感知能力，助力智能导航与避障。 应用场景：从“边缘”走向“核心” Flash技术凭借独特优势，已渗透至三大主流领域： 1. 自动驾驶补盲： o 作为前向主雷达的补充，覆盖近场低矮障碍物（如路缘石、儿童），垂直视场角从前向LiDAR25°提升至75°~90°。 o 代表方案：速腾聚创E1与禾赛FT120形成“前向+侧向”组合，成本较全混合固态方案降低40%。 2. 工业与服务机器人： o 物流AGV：垂直视场角90°，最小探测距离0.05米，实现1cm精度托盘定位，兼容超窄巷道（1m）。 3. 智能安防与消费电子： 周界防护：亮道智能LD Gen2 Lite纯固态Flash激光雷达可以实现10cm探测，实现10cm级人员追踪精度，误报率低于0.1%，适用于机场、园区等高安全性场景。 挑战与未来：成本、性能、生态的三重攻坚 尽管前景广阔，Flash技术仍需突破以下瓶颈： · 成本结构优化： VCSEL与SPAD芯片仍占总成本60%，需通过12英寸晶圆量产（如Lumentum计划）将芯片成本压缩至50美元以下。 · 标准化建设： 目前行业内缺乏统一的激光雷达接口标准和数据交互协议，导致不同品牌和型号的激光雷达在系统集成时兼容性差，增加了开发和维护成本。 · 人眼安全与法规： 在不同场景下，激光雷达的人眼安全需要根据国际标准（如 IEC 60825-1）进行严格评估。例如，905nm 波长的激光雷达在连续波情况下的人眼安全功率较低，而 1550nm 波长的激光雷达由于其更高的安全功率，更适合在复杂环境中使用。此外，激光雷达的设计还需考虑多激光组件同时运行时可能产生的叠加效应，以确保在任何情况下都不会超过安全阈值。 市场预测： 据Yole数据，2025年全球Flash激光雷达市场规模将达48亿美元，其中服务机器人领域渗透率超50%，车规级补盲雷达出货量突破800万颗。 结 论 开启固态感知的新纪元 Flash激光雷达凭借 芯片化、低成本、高可靠 的特性，正从“辅助角色”进阶为机器人感知系统的核心单元。随着VCSEL/SPAD工艺成熟与多传感器融合算法突破，其应用边界将持续扩展——从无人矿卡的全天候作业到家庭服务机器人的精准交互，Flash技术将成为智能设备突破环境限制的“终极慧眼”。 未来五年，这一赛道将见证中国厂商与国际巨头的正面交锋，而中国激光雷达企业已经凭借技术优势在全球市场占据领先地位。技术迭代速度与生态整合能力将成为制胜关键，中国厂商有望通过持续创新和全球布局进一步巩固其市场地位。 微信号｜ Robo Lab 重构机器「看见世界」的方式。 用硬核科普+实战案例，拆解光束背后的科技革命。 欢迎关注“Robo Lab 机器人实验室”

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人形机器人产业节奏预估：2024年原型机元年，2025年小规模量产元年。 当宇树科技H1人形机器人以灵动的手部动作在春晚舞台上演创意融合舞蹈《秧Bot》，舞出"中国智造"时，电视机前十几亿观众第一次深刻意识到： 那个需要仰望波士顿动力的时代正在落幕。 *图源：宇树科技 短短数周后，宇树G1机器人又用一段丝滑的街舞在网络收割亿级播放量，钢铁之躯跳出赛博朋克的浪漫。2月11日，宇树科技在其京东官方旗舰店上架了两款人形机器人产品，型号分别为Unitree H1和G1。2月12日，9.9万元的G1人形机器人首批销售订单就已售罄。中国的人形机器人军团，正在以"中国速度"刷新世界认知。 而DeepSeek R1模型的横空出世，更在科技圈投下震撼弹，性能逼近OpenAI o1正式版，推理成本却仅为OpenAI o1的几十分之一，在帮助中国的AI发展摆脱“算力焦虑”后，更将为中国人形机器人领域在“大脑”的竞赛中撕开一道口子。 这场硅基生命的迅猛发展，或许正在启示我们：在2025年乃至往后的人类文明进程中，并非由单一力量所定义，而是多元因素共同塑造的结果。 1 来自摩根士丹利的肯定 近日，国际知名投行摩根士丹利发布了一份关于全球人形机器人产业的深度报告——《The Humanoid 100: Mapping the Humanoid Robot Value Chain》（人形机器人100：绘制人形机器人价值链图谱）， 首次梳理了全球人形机器人产业链百强上市公司名单（其中中国占据35家）， 并认为这些公司将在全球人形机器人产业生态中发挥重要作用。 此外，摩根士丹利认为，人形机器人将成为未来十年科技投资的最大主题之一，估计人形机器人潜在的市场总规模（TAM）可达60万亿美元。 *图源：摩根士丹利 在报告中摩根士丹利还表示，中国在人形机器人领域取得的进展仍然最令人瞩目，初创企业将受益于成熟的供应链、本地应用机会和政策的大力支持。 预计到2050年，中国的人形机器人市场规模将达到6万亿元，人形机器人总量达到5900万台。 同时，摩根士丹利将全球人形机器人产业链上的公司划分为 大脑、身体、集成 三大类别。 *图源：摩根士丹利 2 三大类别的实力分析 人形机器人的"大脑"主要由半导体和软件组成，其中最关键的是用于自主性的基础生成式AI模型，以及用于训练的仿真模型和数字孪生技术。在摩根士丹利的报告中， 全球有22家"大脑"公司进入 ，包括我们熟知的英伟达、微软、谷歌、Meta、三星等科技巨头，以及Arm、新思科技等芯片设计公司，也有美光、海力士等存储芯片龙头，以及提供AI基础模型的百度、提供视觉芯片的地平线以及助力半导体代工业务的台积电等等。 而在“身体”方面，共包含64家公司， 涵盖传感器、电池、电机、减速器等硬件。中国力量占主导地位，具备更为完备的零部件供应链。 聚焦到人形机器人传感器产业链，报告将它主要分为雷达激光雷达、图像视觉传感器、磁传感器、力触觉传感器四块。 雷达激光雷达版块中，速腾聚创赫然在列。在盖世汽车研究院公布的2024年1~11月激光雷达装机量排行榜中，速腾聚创以45.6万套装机量占据了34.7%的市场份额，稳居行业第一，充分说明了其技术的成熟度和产业化能力。 去年4月份的北京车展上，速腾聚创也首次展示了最新的MX激光雷达（如下图所示）。 这一产品正是融合艾迈斯欧司朗成熟的EEL SPL系列边发射激光器（EEL）技术，这款发射器技术不仅为激光雷达提供了高精度的激光输出，更能赋予汽车和机器人超越视觉的感知能力。 据悉，作为全球领先的LiDAR光源方案供应商，艾迈斯欧司朗也是速腾聚创紧密的合作伙伴， 速腾聚创现有的多个系列激光雷达均搭载了艾迈斯欧司朗的激光器，赋能面向自动驾驶、ADAS、机器人等多领域激光雷达解决方案 ，二者也致力于合力推动激光雷达技术的进步和产业化发展。 在CMOS图像传感器领域，艾迈斯欧司朗早有“出圈之作”。 把时间拉回到2021年4月19日，美国国家航空航天局（NASA）宣布，“机智号”无人直升机成功完成火星首飞，并完成3米高度悬停30秒的高难度动作。 人造航空器首次在另一个行星上受控飞行的精彩表现，通过距此约76米外的“毅力号”探测器传回地球。值得一提的是，“毅力号”火星车搭载的23台相机中， 有10台采用了艾迈斯欧司朗的CMV系列CMOS图像传感器。 上图的全景图片正是毅力号上搭载艾迈斯欧司朗CMV系列图像传感器的导航相机拍摄，由6张单独的图像在传回地球后拼接而成。 艾迈斯欧司朗在图像传感器领域也依赖不同的产品矩阵，打出了差异化的应用赋能思路——CMV系列、CSG系列以及Mira系列均为全局曝光型面阵图像传感器，其余Dragster和4LS为线阵图像传感器。 以Mira系列为例，在全图像分辨率下，它的最大帧速率为120fps，此外Mira系列具有量子效率QE近红外增强功能，例如Mira220在很多2D或3D传感系统使用的940nm近红外波长下具有高信噪比和高量子效率，最高可达38%；Mira050在940nm波长时的量子效率为36%。搭配艾迈斯欧司朗高效率红外光源，Mira系列更将降低整个系统功耗。 将于今年上半年量产的Mira016这颗产品，更是在暗噪声方面相比前两代产品做了不少优化，因此，它在暗光环境下，同样可以得到较好的图像质量。同时，满井电荷（FWC）的性能提升，也使得它可以在使用中获得更广的动态范围。如果大家对这颗料有兴趣，也可以扫描下方二维码去申请Mira016样片来测试。 乘势新能源汽车发展之风而起的位置传感器，更将在人形机器人领域收获更多机会。 艾迈斯欧司朗磁性位置传感器高达20,000A/m的抗干扰能力，相比市面其他产品几乎带来20倍的性能优势 ，它极强的抗外部磁场干扰的能力结合创新的封装选择使得在高性能应用市场带来突破口。 新能源汽车之外，机器人特别是人形机器人正在成为极具前景的发力点。 特别需要指出的是，中国在“身体”层面的主导地位，并不单单是指“能造出来”，而是“制造-规模-成本”正向循环的加速进化逻辑。 从宏观来看，据市场监管总局消息，截至2024年12月底，全国共有45.17万家智能机器人产业企业。企业数量较2020年底增长206.73%，较2023年底增长19.39%。庞大的入局规模，使得中国在人形机器人产业中具备“足不出户”即可链接产业上下游的优势，这种优势将大幅缩短人形机器人厂商的研发周期。 更为深层的影响是，物理距离的拉进，将形成产业上下游的共建效应，拉动产业链上下游合力共探零部件的优劣势，共同攻关迭代，“集群效应”的优势将在2025年乃至其后的数年中更多显现。 艾迈斯欧司朗在去年8月就已正式启动中国发展中心（China Development Center，CDC），它隶属于艾迈斯欧司朗集团CMOS、传感器和ASIC (CSA)事业部，旨在推动大中华区的业务增长和技术创新。 在全球经济增速放缓和国际形势复杂多变的背景下，中国市场依然保持了稳定的增长势态，并释放出强大的创新潜能，比如人形机器人、新能源汽车、AI等，参与到这片创新热潮，以自身技术优势赋能创新发展，更将创新普惠全球正是艾迈斯欧司朗CDC未来工作的核心。 3 量产元年是否到来？ 事实上，在“大脑”和“身体”构建之后，人形机器人产业从技术验证转向商业闭环所需要的关键一跃，就是量产。 在摩根士丹利的报告中，“集成”类别有22家企业，其中，中国占据10 家席位。人形机器人集成商拥有 研发完整人形机器人 的能力，参与者主要有 四类 ，分别是 汽车公司、消费电子公司、电商和互联网公司、传统机器人制造商 。 而在摩根士丹利列觉的目前全球知名的16款人形机器人产品中， 有 6 款由中国企业研发。 *图源：摩根士丹利 其中实现人形机器人量产的企业均来自中国，分别是 智元机器人、傅利叶智能、优必选、宇树科技。 但业界也表示，量产这个词放在汽车产业里，一般是指万台起步，但人形机器人貌似还没哪家做了1万台，而且现在亟待解决的问题并不是制造能力，而是应用需求。 因此，大家认为关于量产更为靠谱的观点是，2025年可能是会有一些小规模量产，但到不了大规模的地步。 比如在一些细分场景会真正有一些小批量的落地，这是基本可以预见的。但这距离真正我们所预期的大规模量产还有距离。毕竟大家所说的大规模量产，本质上还是有大规模的商业化应用的落地带来的量产。 工业是人形机器人商业化的试验场。 我们已经看到宇树科技人形机器人H1开始在蔚来汽车工厂尝试参与工作；Figure 01已经进入宝马工厂实训；优必选人形机器人Walker S已经先后走进比亚迪、蔚来、东风柳汽、极氪等汽车工厂“打工”；智元机器人的人形机器人远征A1也在汽车工厂完成了底盘装配和外观质检等任务…… 但未来随着人形机器人的性能提升和成本降低，工业制造只是其一，物流、医疗保健、教育和娱乐等行业都将获得显著受益。 就在昨天，人形机器人领域又有了新进展，世界上第一个双足肌肉骨骼机器人Clone再次更新。短短几个月，这家来自波兰的人形机器人创业公司 Clone Robotics 就首次攻克了仿生学界最困难的部分，做出了真实的人体下肢结构。 其实，仿生机器人也是人形机器人研究中的重要一脉，它们以自然为师，通过柔性材料的伸缩运动，不仅能实现更自然流畅的动作，还能在与环境的互动中展现出惊人的适应性。 网友都戏称“这个机器人确实是用来帮忙做家务的”。你看，人形机器人“扭进寻常百姓家”已经不是遥不可及的事了。