机器人和自动化技术正在重塑全球各行各业。从仓库到医疗保健设施，这些技术显著提升了生产力、效率和安全性，并实现运营状态的可视化。图像传感器是该技术功能的核心，使机器人能够感知周围环境并与之交互。本文探讨了图像传感器在机器人技术中的作用，并重点介绍了安森美 (onsemi) 在成像技术方面的最新进展。
移动机器人在现代工业中的作用
移动机器人处于自动化技术的前沿，助力各行业简化运营流程。这些机器人主要分为两类：自主移动机器人 (AMR) 和自动引导车辆 (AGV)。AMR 可独立运行，无需人工干预即可适应动态环境。通过使用同步定位与地图构建 (SLAM) 等先进的感知技术，AMR 能够绘制周围环境地图、识别障碍物并自主导航，适合工厂、仓库自动化等应用。
相比之下，AGV 依靠磁条或视觉跟踪等外部引导系统沿固定路径移动，因而适合装配线、库存管理等结构化环境，但灵活性不如 AMR。AGV 就像是沿着固定轨道行驶的火车，而 AMR 更像是能够绕过障碍物的汽车。这种区别使 AMR 成为需要动态、适应性方案行业的首选。
图像传感器如何赋能 AMR
AMR 依靠图像传感器执行环境导航、3D 地图构建、避障、条码读取等任务。这些任务需要精确高效的感知能力。在 3D 地图构建方面，AMR 利用立体成像、间接飞行时间 (iToF)、激光雷达等技术测量深度并构建详细的环境地图。深度感知使 AMR 能够检测物体（包括人类）并避免潜在危险，确保人机协作环境中的安全性。
避障是图像传感器或与深度传感器共同实现的另一个重要功能。配备卷帘快门和/或全局快门、具备快速处理和高动态范围 (HDR) 的传感器，使 AMR 能够识别障碍物并实时响应。高动态范围技术在工厂或仓库等混合光照环境中尤为重要，因为反射和阴影会增加视觉感知的复杂性。
此外，图像传感器还在条码读取方面发挥着关键作用，这是制造和物流中的常见任务。配备全局快门的低功耗传感器在这些应用中表现出色，使 AMR 能够快速准确地扫描和处理条码。长时间高效运行的优势进一步提升了其在高需求工业环境中的价值。
固定机器人及其应用
AMR 和 AGV 在移动机器人领域占据主导地位，固定机器人则在自动化领域发挥着重要作用。这些机器人固定在一个位置，执行拾取和分拣物体等任务。与移动机器人一样，固定机器人也依赖图像传感器进行深度检测和精确操作。先进的感知技术确保机器人即使在复杂的工业环境中也能准确地执行任务。
机器人技术增长的驱动因素
多种因素推动了机器人技术在各行业的快速普及。生产力是一项关键驱动因素，因为机器人可以长时间执行重复性任务而不会感到疲劳。能效是另一项显著优势，机器人消除了人为干预造成的延误，使工人能够专注于更高价值的活动。安全问题同样重要，机器人接管了可能危及人类工人健康的危险任务。
为提高生产力、效率和安全性，大多数客户希望获取全面的数据，实现运营状态的可视化。这些数据使客户能够进行深入分析，找到提高生产力的有效策略。借助详细的可视化信息，客户可以获得有关运营状况的宝贵参考信息，从而做出更明智的决策，实现性能优化。
机器人市场正迎来显著增长，尤其是 AMR 领域。据行业分析师预测，2024 年至 2030 年间，AMR 的复合年增长率 (CAGR) 将达 16% 至 20%。这一增长得益于人工智能 (AI) 和自动化技术的进步，这些技术扩展了机器人的功能，还为创新带来了新的机会。
安森美在机器人成像领域的贡献
作为成像技术的领导者，安森美针对机器人需求开发了一系列创新图像传感器。公司产品系列包括卷帘快门和全局快门传感器，以及专为深度感知和高动态范围应用设计的方案。这些技术使机器人能够更精确、高效、可靠地执行任务。
卷帘快门传感器像素尺寸较小、灵敏度更高，非常适合需要在低光条件下提供成像细节的应用。然而，卷帘快门可能会引入运动伪影，这限制了它们在动态环境中的应用。相比之下，全局快门传感器通过同时曝光所有像素消除了运动伪影，因而非常适合涉及移动物体、避障、读取条码等任务。
深度感知是安森美擅长的另一个技术领域。公司的 iToF 技术通过测量反射光的相位差确定深度，可覆盖短距离（30 到 50 厘米）和长距离（最长 20 米），且具备高精度。
高动态范围：增强视觉准确性
对于在严苛照明条件下运行的机器人来说，高动态范围至关重要。高动态范围传感器捕捉多张曝光图像以创建在视觉效果和技术细节都达到最佳状态的图像，确保机器人即使在高对比度或反射的区域也能清晰“看见”。高动态范围有多种实现方式。例如，多曝光高动态范围在低光环境中表现优异，但可能会产生运动伪影。大小像素高动态范围可减少运动伪影，但易受 LED 闪烁的影响。名为“超级曝光”的多增益单次曝光模式结合了前两种方法的优势。高动态范围技术的选择取决于应用的具体要求。
Hyperlux 系列图像传感器
安森美拥有丰富的 Hyperlux 图像传感器系列，可满足工业机器人的多样化需求。这些传感器集低功耗、高动态范围和先进功能于一身，可提供卓越的性能。Hyperlux LP 系列专注于超低功耗，非常适合优先考虑能效的应用。Hyperlux LH 系列专为工业和消费环境而设计，提供 120 dB 高动态范围，能够在混合照明条件下实现卓越性能。Hyperlux SG 系列具有小巧的外形和业界领先的全局快门效率，适用于扫描、AR/VR 和 AMR 应用。
未来发展方向
图像传感器的未来发展方向包括提高分辨率、减小光学格式、增强动态范围、降低功耗和提高精度。安森美正持续创新积极推动技术进步，确保其传感器始终处于行业领先水平。
展望未来，人工智能与先进传感器技术的融合将为机器人技术开启新的可能性。从医疗保健到教育，这些技术进步将使机器人能够在不同的环境中执行日益复杂的任务。随着机器人成本的降低，其在服务行业和家庭应用中的普及率也将大幅提升。
图像传感器是现代机器人技术的基石，能够以极高的精度完成 3D 地图构建、避障等各种任务。安森美的创新传感器技术（包括 Hyperlux 系列、iToF 方案和 SWIR 传感器）正在推动机器人和自动化领域的下一轮技术革新。随着这些技术的不断发展，它们将扩展机器人的功能，为各行业创造新的机遇，并改善我们的工作和生活方式。
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