3D TOF方案最适合移动机器人？
随着移动机器人行业的不断发展，其应用场景日趋丰富，由此对机器人的感知系统技术的要求也在逐渐提高。3D视觉感知是近几年新兴起的技术，在移动机器人领域，越来越多的机器人即将或者正在被设计装备3D视觉系统，此项举措将更好地帮助机器人进行环境感知，挖掘潜力应用，实现更高的自由度和灵活度，且拥有更好的场景适应性。作为工业传感器代表企业，ifm易福门3D ToF相机自2017年开始在移动机器人行业逐渐渗透，随后不断深入，目前已与国内众多移动机器人厂商达成合作。ifm（易福门）是一家德国家族企业，成立于1969年，至今在超过95个国家/地区拥有8100多名员工，近20万家用户。2005年在上海设立易福门电子（上海）有限公司作为中国区总部。ifm是工业自动化传感器、控制系统和整体解决方案的行业领导者，产品超8000多种，在传感器领域里有着深厚的积累。此外，ifm早在20年前就收购了发明ToF芯片的企业PMD，并将其芯片大量用于工业测距传感器，因此在机器视觉方面ifm也一直保持着市场领先地位。据ifm中国区产品经理何正介绍，当前，ifm为移动机器人行业提供的3D ToF 相机，主要针对工业场景，用于移动机器人末端识别及避障，具体分为3大系列：O3D、O3X、O3M。① O3X：O3X的探测距离在3米以内。体积较小，性价比较高，主要用于移动机器人补盲。
② O3D：O3D的探测距离相对于O3X会更长，8米-10米。防护等级是IP67，部分版本的防护等级可达到IP69时，能直接泡在水里，不受影响。
③ O3M：O3M为户外型，探测距离在10-15米。工作温度为零下40℃~零上85℃，雨雾天气也能够直接在户外工作。
何正表示，“客户在选择产品的时候，需要根据机器人的车速以及它所需要探测的区域来选择对应系列的3D ToF相机。如O3X探测距离较短，当车速较快时，达不到想要的探测距离，而且抗光等级较弱，只适用于室内使用，而户外长距离的应用则可以选择O3M。”何正提到，随着越来越多的移动机器人开始兼顾室内外作业，ifm近期也将推出全新的O3R系列，在性能上会有进一步的升级，可更好的适用于移动机器人户外作业的需要。常见的3D视觉方案主要包括双目、结构光和ToF三个技术方向。ifm基于TOF路线的 3D相机工作原理是用调制光源照亮一个场景，然后测量反射回来的波的相位差。由于光速是恒定的，ToF相机可以根据光线返回相机的时间来计算到场景中每个点的距离。ToF相机系统不是逐行扫描图像，而是一次照亮整个场景，然后测量反射回图像传感器的光的相位差。这些原始数据可以被快速捕获，计算出距离所需的方法也相对简单，ToF摄像机因此可以获得极高的帧速率。何正介绍，ToF技术路线的主要优势在于，首先，不同于一般视觉技术易受光线影响的特性，相比其他原理的3D相机，ToF技术本身具备很强的抗光绕能力，环境适应性更好，同时对算力要求不高。其次，ToF基本上不存在盲区，“例如很多双目相机在30cm以内会有一个盲区，物体进入到这个区域内，相机识别不到，可能就会就认为前面是安全的，但TOF相机不会存在这个问题，因此安全性会更高。”何正提到，由于ifm很早就高瞻远瞩地收购了发明ToF芯片的企业PMD，并将其芯片大量用于工业测距传感器，因此，在ToF应用方面，相较于其他同类型企业，ifm已积累了大量的经验。在ToF技术方面的深厚积累使得ifm相关产品在稳定性方面拥有巨大优势，“在工业领域，核心零部件的稳定性其实是非常关键的因素，因此目前我们系列产品业主要是面向工业领域。应用比较多的主要是在叉车AGV及料箱机器人的末端识别抓取及避障，国内大部分工业移动机器人厂商跟我们都有合作”何正表示。从2017开始在中国市场推进应用，事实上，3D视觉在移动机器人领域的应用尚在初期阶段。未来，随着机器人不断更新迭代，对3D视觉系统也将有着更为严苛的要求，这也刺激了3D视觉系统升级。对此，何正做了一个形象的比喻：机器人在5年之前才装上眼睛，后期它对眼睛的需求会越来越大。“目前的3D视觉系统仍然处于起步阶段，随着机器人的迭代发展，未来我们需要根据机器人厂商的需要，去提供更适配的产品，如更高的分辨率，更快的帧率，更好的环境适应性等，这些都是未来发展的方向。”而除了技术方面需要不断突破外，市场推进方面，ifm也有自己的规划。何正认为，移动机器人行业是一个朝阳行业，尤其是当前的中国移动机器人市场，百花齐放，各种新应用不断地被开发出来，并快速落地，这对零部件厂商是机会，同时也是挑战。2022年，在移动机器人这一领域，ifm希望为中国市场提供更好的服务，除了发布最新的产品外，据了解，ifm正在扩大产品支持团队，“国内一些技术能力强大的头部企业拥有一定的开发能力，可是仍然有很多规模小的初创企业，在起步阶段资源有限，需要我们帮助他们更快地理解、应用整个产品。所以今年的目标也是朝着这个方向发展，希望能更好地为小规模的公司提供技术支持。”尽管3D视觉技术还在起步发展阶段，但移动机器人行业欣欣向荣，根据中国移动机器人（AGV/AMR）数据统计，2021年度，中国市场企业整体销售工业应用移动机器人(AGV/AMR）72000台，较2020年增长75.61%，市场销售额达到126亿元（海外销售25亿元），同比增长64%。而伴随着行业的高速发展，也将会带动相关产业链的蓬勃。4月13日，中国移动机器人（AGV/AMR）产业联盟将于深圳举办”第十一届中国（深圳）工业物流与仓储智能化发展工程大会暨华南工业应用移动机器人推进大会“，除系列精彩演讲外，会上还将正式发布《2021-2022年中国移动机器人（AGV/AMR)产业发展报告》，敬请期待！
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