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机器“看”世界,需要完整的3D传感解决方案

导读: 据麦姆斯咨询介绍,随着3D传感模组价格的下降和性能的提升,3D视觉或深度传感正不断赋能各种新应用,包括帮助机器人创建环境地图并完成任务,比方如何最好地避让人类。

据麦姆斯咨询介绍,随着3D传感模组价格的下降和性能的提升,3D视觉或深度传感正不断赋能各种新应用,包括帮助机器人创建环境地图并完成任务,比方如何最好地避让人类。其他应用还包括物体取放、组合装配和检测,以及将物品从一个位置移动到另一个位置等。

这些应用都依赖于经济且强大的3D视觉传感器,目前,该领域存在多种竞争型技术。所有这些技术都有各自的优点和缺点,具有不同的工作距离、分辨率、处理能力以及成本。每种技术都有其重要的市场价值,大体因为目前还没有能够应对所有应用场景的单一最佳解决方案。

机器“看”世界,需要完整的3D传感解决方案

3D成像在自动驾驶汽车的环境感知方面发挥着关键作用

“根据各种应用所需要的性能和市场限制,这些技术都可以找到各自的用武之地,” Yole光电子技术和市场分析师Alexis Debray说道。

对于3D视觉,竞争技术包括许多种类的激光雷达(LiDAR)和飞行时间(time-of-flight,ToF)传感器,它们发出光线并通过测量返回信号所需要的时间来获得距离信息。还有结构光技术,该方案通过测量投射到物体上的光图案的变形来确定距离(也是三角测距法)。另一种技术是激光三角测量,通过激光点出现在相机视场中的位置提取深度。最后,还有一种技术方案是立体深度视觉传感,通过使用两个相机图像特征点的差异来计算距离。

除立体深度视觉外,上述方法都需要某种形式的照明。这在某些照明不定的工业环境中可能是优势,但照明确实增加了功耗,如果是电池供电型设备就可能会带来供电问题。

供电与照明

现在,这几种3D传感技术在功率和尺寸方面都有了显著的改善。“例如,结构光深度传感,2009年时的功耗约为10W,模组大概有一块砖头那么大,而现在,尺寸仅为拇指指甲大小的飞行时间模组,功耗仅需250mW,”飞行时间传感器制造商pmd technologies(以下简称pmd)销售和业务开发副总裁Mitch Reifel介绍说。

机器“看”世界,需要完整的3D传感解决方案

3D视觉或深度成像解决方案的发展演变。上图是三种性能大致相当的解决方案,使用了两种不同的技术方案(结构光和飞行时间)。十年来,尺寸都大约缩小了十倍。

受益于这些技术的进步,新应用才能层出不穷,例如大型仓库中移动排架的机器人。深度传感可以帮助机器人识别哪些是货架,并帮助它们跟踪架子上的物体。

美国宾夕法尼亚州ifm efector公司的机器人感知业务开发负责人Garrett Place表示,深度传感技术在机器人领域的应用越来越多。这家美国公司是德国ifm electronic的子公司,ifm electronic是拥有pmd的自动化解决方案供应商。

得益于更好的3D视觉,一项新应用得以实现,那便是卸垛。顾名思义,这项应用包括利用机器人从托盘上取下货物,并将它们放在传送带上。这在工厂进货时很常见。3D相机的使用能够更快地定位货物,从而提高操作效率。

“除了机器人本身的移动之外,在完成一件搬运到拾取下一件之间没有任何延时,”Place说,“这太强大了,平均每件货物可以节省3~5秒。”

另一个新应用案例是自动叉车。在这项任务中,自动驾驶叉车必须精确定位它需要移动叉起的货物。使用3D相机收集所需要的信息,可以更快、更准确地完成任务,从而提高操作的速度和安全性。

在服务业也可以找到3D模组价格下跌所带来的新兴应用。例如,利用机器人手臂为人提供饮料或其他物体,深度传感可以确保物品被安全地传送。但是当机器人手臂接近目的位置时,手臂、物体或两者都可能阻挡机器人“视线”。因而,可以在机器人手臂中安装成本低廉的3D传感器,以提供近距离3D视图,从而提高安全性和性能。不过,这样做需要3D相机之间的同步和数据叠加,以及与所有其他传感器的信息融合。

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