ロボティクスと自動化は、世界中の産業に革新をもたらしています。倉庫から医療施設まで、これらの技術は生産性、効率、安全性、そして稼働状況の可視化を促進します。これらの機能の中核をなすのはイメージセンサーです。イメージセンサーによってロボットは周囲の環境を認識して、相互作用が可能になります。このブログでは、イメージング技術のリーダーであるオンセミの進歩に焦点を当てながら、ロボティクスにおけるイメージセンサーの役割について考察します。
現代の産業におけるモバイルロボットの役割
モバイルロボットは自動化を牽引し、産業界の業務効率化に貢献しています。これらのロボットは、自律走行搬送ロボット（AMR）と無人搬送車（AGV）という2つの主要なカテゴリーに分類されます。AMRは、人間の介入なしに、変化する環境に適応しながら独立して動作するように設計されています。自己位置推定と環境地図作成の同時実行（SLAM）のような高度なセンシング技術を使用することで、周囲の環境をマッピングし、障害物を識別して、自律的にナビゲートできます。このため、AMRは特に工場や倉庫の自動化などの用途に適しています。
一方、AGVは磁気ストリップやビジョントラッキングのような外部ガイダンスシステムに依存し、固定された経路に沿って移動します。AGVは組立ラインや在庫管理のような構造化された環境には理想的ですが、AMRのような柔軟性はありません。AGVは線路を走る列車、AMRは障害物を避けながら走行できる車に例えられます。この違いにより、AMRは動的で適応可能なソリューションを必要とする産業にとって好ましい選択肢となっています。
AMRを実現するイメージセンサーの役割
AMRはイメージセンサーを利用して、環境認識ナビゲーション、3Dマッピング、衝突回避、コード読み取りなどのタスクを実行しています。これらのタスクには、正確で効率的なセンシング能力が求められます。3Dマッピングの場合、AMRはステレオタイプのイメージング、間接Time-of-Flight（iToF）、LiDARなどの技術を利用して深度を測定し、詳細な環境マップを作成します。AMRは深度センシングにより、人間を含む物体を検出して潜在的な危険を回避できます。この機能は人間とロボットが並んで作業する環境での安全確保に不可欠です。
衝突回避は、イメージセンサー単独または深度センサーと組み合わせて実現されるもう一つの重要な機能です。ローリングシャッターおよび／またはグローバルシャッター、高速処理機能、ハイダイナミックレンジ（HDR）を備えたセンサーにより、AMRはリアルタイムで障害物を識別して対応することができます。HDR技術は工場や倉庫のような、反射や影が多く視覚認識が難しい混光環境において特に重要になります。
さらに、イメージセンサーは、製造や物流における一般的なタスクであるコード読み取りで重要な役割を果たします。AMRはグローバルシャッターを備えた低消費電力のセンサーを使用すると、コードを迅速かつ正確にスキャンして処理できるため、これらの用途で優れた性能を発揮します。長期間にわたり効率的に動作できるため、需要の多い産業環境での価値が一層高くなります。
定置型ロボットとその用途
モバイルロボティクスの分野では、AMRとAGVが主流ですが、定置型ロボットも自動化において重要な役割を果たしています。これらのロボットは1つの場所に固定され、物体のピッキングやソートなどのタスクを実行します。AMRやAGVと同様に、定置型ロボットも深度検出や精度確保のためにイメージセンサーを使用しています。これらのロボットは、高度なセンシング技術により、複雑な産業環境であっても正確にタスクを実行できます。
ロボティクスの成長を牽引する要因
いくつかの要因が産業界におけるロボティクスの急速な普及を後押ししています。生産性は重要な推進力です。ロボットは疲れることなく、長時間の反復作業を実行できます。効率も大きな利点であり、ロボットは人間の介入による遅延を排除するので、作業員は付加価値の高い仕事に集中することができます。安全性も重要であり、ロボットが危険な作業を代替することで人的リスクを軽減します。
生産性、効率、そして安全性を向上させるために、大多数の顧客は稼働率を可視化するための包括的なデータを求めています。このデータを基に詳細な分析を行い、生産性向上のための戦略を策定することができます。詳細な可視化により、顧客は業務に関する貴重な洞察を得られます。これにより、情報に基づく的確な意思決定と、最適化されたパフォーマンスを実現できます。
ロボティクス市場は、特にAMRセグメントにおいて大きな成長を続けています。業界アナリストは、2024年から2030年の間にAMRの年平均成長率（CAGR）が16%から20%になると予測しています。この成長は、人工知能（AI）と自動化技術の進歩によって牽引されており、これらの技術はロボットの能力を強化し、新たなイノベーションの機会を生み出します。
ロボットイメージングへのオンセミの貢献
オンセミはイメージング技術のリーダーとして、ロボティクスのニーズに合わせて、さまざまな革新的なイメージセンサーを開発してきました。オンセミの製品には、ローリングシャッターセンサー、グローバルシャッターセンサー、深度センシングおよびHDRアプリケーション向けの専用ソリューションがあります。これらの技術により、ロボットはより高い精度、効率、信頼性を確保しながらタスクを実行できます。
ローリングシャッターセンサーは、ピクセルサイズが小さく感度が高いため、低照度条件下で詳細なイメージングを必要とする用途に最適です。ただし、モーションアーチファクトが発生しやすく、動的な環境には不向きな場合があります。一方、グローバルシャッターセンサーは、すべてのピクセルを同時に露光することでモーションアーチファクトをなくしています。そのため、移動する物体、衝突回避、コード読み取りなどのタスクに適しています。
深度センシングは、オンセミが得意とするもう一つの分野です。オンセミのiToF技術は、反射光の位相差を測定して深度を決定します。オンセミのiToFは、近距離（30～50cm）から遠距離（最大20m）まで、高精度な測距が可能です。
HDR：視覚的正確度の向上
ハイダイナミックレンジは、照明条件が厳しい環境で動作するロボットにとって重要な機能です。HDRセンサーは、複数露光によりバランスの取れた高精度な画像を取得し、コントラストや反射の強い環境下でも鮮明な視覚情報を提供します。HDRにはいくつかの方式があります。例えば、多重露光HDRは低照度環境で優れた性能を発揮しますが、モーションアーチファクトが発生しやすいという欠点があります。スプリットダイオードピクセルHDRでは、モーションアーチファクトは低減されますが、LEDフリッカーが発生しやすいという欠点があります。複数ゲインで1回の露光を行うスーパーエクスポージャーモードは、両方の方式の長所を兼ね備えています。どのHDR技術を選択するかは、アプリケーションの要件によって異なります。
Hyperluxイメージセンサーファミリー
オンセミは、産業用ロボットの多様なニーズに対応するために、さまざまなHyperluxイメージセンサーファミリーを提供しています。これらのセンサーは、低消費電力、ハイダイナミックレンジ、および高度な機能を備えており、卓越した性能を提供します。Hyperlux LPシリーズは超低消費電力に重点を置いており、エネルギー効率が重視される用途に最適です。Hyperlux LHシリーズは産業および商業環境向けに設計されたもので、混光照明条件下で優れた性能を発揮する120dB HDRを提供します。Hyperlux SGシリーズは小型サイズおよび業界をリードするグローバルシャッター効率を実現し、スキャニング、AR/VR、AMRアプリケーションに適しています。
今後の展望
イメージセンサーの今後の方向としては、より高い解像度、より小さな光学フォーマット、広いダイナミックレンジ、低消費電力、正確性の向上などが挙げられます。オンセミは継続的なイノベーションを通じて、これらの進歩に積極的に取り組み、業界をリードするセンサーを提供し続けます。
将来のことを考えると、AIと高度なセンサー技術の統合がロボティクスに新たな可能性をもたらすでしょう。これらの進歩によりロボットは、医療から教育まで、多様な環境でますます複雑なタスクを実行できるようになるでしょう。ロボットのコストが低下すると、サービス産業や家庭用アプリケーションでの採用も広がると予想できます。
イメージセンサーは、現代ロボティクスの基礎となるものであり、比類のない精度で3Dマッピングから衝突回避まで、幅広いタスクを可能にします。Hyperluxファミリー、iToFソリューション、SWIRセンサーなど、オンセミの革新的なセンサー技術は、ロボティクスと自動化における進歩を牽引しています。これらの技術の進化に伴ってロボットの性能が向上し、さまざまな産業で新たな機会が創出され、私たちの働き方や暮らしが改善されるでしょう。
Hyperluxイメージセンサーファミリーの詳細については、こちらをご覧ください。
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