3D視覺技術(shù)為工業(yè)自動化帶來新“視界”

1   工業(yè)自動化正從“執(zhí)行”到“自主”

工業(yè)自動化正經(jīng)歷一場重要變革，機(jī)器人和機(jī)械設(shè)備正從能夠執(zhí)行高精度、重復(fù)任務(wù)的全自動設(shè)備，逐步演變?yōu)槟軌蜃灾鞣磻?yīng)并適應(yīng)環(huán)境變化和新輸入的智能自主化機(jī)器。隨著工業(yè)自動化技術(shù)向自主化不斷發(fā)展，機(jī)器能夠準(zhǔn)確、可靠、安全地感知其周圍環(huán)境以有效執(zhí)行任務(wù)變得至關(guān)重要。

在邁向機(jī)器人自主化的進(jìn)程中，各類工業(yè)/協(xié)作機(jī)器人及移動機(jī)器人（AMR/AGV）都需要具備多種感知方式，以便與人類共同協(xié)作并適應(yīng)環(huán)境變化。同樣，末端執(zhí)行器與機(jī)械臂末端工具（EoAT）也在增強(qiáng)工業(yè)/協(xié)作機(jī)器人的能力，使其具備更強(qiáng)的感知能力和更出色的執(zhí)行能力（如壓力和力的檢測），從而實(shí)現(xiàn)更高帶寬和更低延遲的連接。

增強(qiáng)感測方式包括視覺傳感，慣性和加速度/力的感測、雷達(dá)、聲學(xué)和觸覺傳感，以及傳感器融合能力。主要挑戰(zhàn)包括：

●   每個傳感器都能實(shí)現(xiàn)所期望的精度

●   實(shí)現(xiàn)多類型傳感器高度同步地?cái)?shù)據(jù)采集

●   低延遲數(shù)據(jù)處理

2   ADI的解決方案與優(yōu)勢

ADI公司能夠?qū)⑸疃雀袦y（ToF, 飛行時間）技術(shù)與連接解決方案（如 TSN 以太網(wǎng)、GMSLTM 和 Gigaspeed 隔離）相結(jié)合，應(yīng)用于機(jī)器人、智能機(jī)械設(shè)備和數(shù)字工廠等領(lǐng)域。

“憑借涵蓋工廠車間連接、控制和感知等領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)解決方案，在工業(yè)自動化行業(yè)中一直保持領(lǐng)先地位?！盇DI機(jī)器人與工業(yè)視覺產(chǎn)品線總監(jiān)Maurizio Granato稱。此外，ADI 擁有專門的行業(yè)應(yīng)用專家團(tuán)隊(duì)，能夠運(yùn)用 ADI 的最佳技術(shù)組合，革新并解決關(guān)鍵終端應(yīng)用中最復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

照片 ADI機(jī)器人與工業(yè)視覺產(chǎn)品線總監(jiān)Maurizio Granato

ADI工業(yè)視覺技術(shù)部總監(jiān)Erik Barnes進(jìn)行了舉例說明。一個典型的例子是：ADI的3D視覺技術(shù)能夠在寬動態(tài)范圍內(nèi)提供毫米級深度精度，使固定機(jī)器人和移動機(jī)器人等機(jī)械設(shè)備能夠以所需的自主性水平執(zhí)行導(dǎo)航、識別和定位任務(wù)。

以與人類并肩工作的協(xié)作機(jī)器人（co-bot）為例，ADI的 3D飛行時間（ToF）模塊、慣性測量單元（IMU）和激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)能夠使機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時感知。通過傳感器融合，可確保機(jī)器人對周圍環(huán)境產(chǎn)生更多感知，并使移動機(jī)器人能夠在動態(tài)變化環(huán)境中安全地理解周圍環(huán)境和人類同事并與之互動，能夠讓操作更加高效，工廠車間更安全。

具體到ToF應(yīng)用，需要根據(jù)應(yīng)用場景的不同選擇適合的方案，這一過程可能會比較復(fù)雜，且開發(fā)周期可能較長，此外還需要應(yīng)對與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成以及熱管理相關(guān)的挑戰(zhàn)。針對這些挑戰(zhàn)，ADI不僅提供高性能的傳感器，還提供帶有深度處理芯片和算法支持的子系統(tǒng)級解決方案，幫助客戶將ToF技術(shù)快速集成至其產(chǎn)品中。此外，ADI的模塊化產(chǎn)品策略，如將深度處理與系統(tǒng)級整合相結(jié)合，提供了開箱即用的解決方案，簡化了客戶的開發(fā)流程，降低了開發(fā)難度和成本。

照片 ADI工業(yè)視覺技術(shù)部總監(jiān)Erik Barnes

ADI率先推出了一百萬像素（1MP）的ToF深度傳感模塊，采用獨(dú)特的多頻、多相調(diào)制方案，使其能在4.5 m的探測范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定條件下誤差不超過±5 mm的超高精度。這顯著提升了工業(yè)視覺系統(tǒng)和工業(yè)相機(jī)的性能，將靜態(tài)的二維交互提升為沉浸式的三維體驗(yàn)，該技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用于包括工業(yè)自動化、機(jī)器人視覺、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和體積檢測等在內(nèi)的多個領(lǐng)域。

此外，ADI的深度圖像信號處理器（ISP）提供了一個專用的數(shù)字計(jì)算引擎，能夠?qū)⒏兄K的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3D深度信息，同時保持最低功耗和最小延遲，有效減輕主應(yīng)用處理器的計(jì)算負(fù)荷。該深度ISP采用硬件加速和內(nèi)部存儲器，能夠在最大幀率下實(shí)現(xiàn)超高效率，同時簡化平臺集成以及系統(tǒng)主機(jī)對傳感器的控制。

ADI不僅在3D視覺傳感技術(shù)方面表現(xiàn)出色，在視頻數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域也擁有關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)。ADI的千兆位多媒體串行鏈路(GMSL)是一種性價(jià)比高、簡單且可擴(kuò)展的SerDes技術(shù)，最初為基于汽車攝像頭和顯示屏的應(yīng)用（包括自動駕駛、信息娛樂、安全和監(jiān)控）提供可靠的高分辨率數(shù)字視頻傳輸而設(shè)計(jì)。利用這些洞見，ADI已經(jīng)將GMSL的成熟功能擴(kuò)展到需要高帶寬和低延遲的數(shù)字視頻連接技術(shù)的新興應(yīng)用市場，包括工業(yè)、消費(fèi)、醫(yī)療健康和儀器儀表市場等。