为机器人/灵巧手的3D感知与触觉赋能,艾迈斯欧司朗带来直接飞行时间(dToF)传感与光学压力传感技术

当前,机器人正从专用的工业机器人向智能移动机器人演进,未来的具身通用机器人、人形机器人也正“走”来。此时,飞行时间(ToF)传感与光学压力传感技术也在与时俱进。这些产品有何应用与产品动向?近日,EEPW电子产品世界记者访问了世界光学传感专家——艾迈斯欧司朗,其高级市场经理Roc Wang(王树刚)介绍了该公司的观点与新产品。

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 高级市场经理Roc Wang(王树刚)

1  直接飞行时间传感与光学压力传感的技术挑战

在具身智能、人形机器人与灵巧手的应用中,视觉与非视觉传感技术的创新应用主要体现在两个方面:一是利用直接飞行时间传感技术实现高精度的3D环境感知与避障,无需摄像头即可保护隐私,适用于家庭陪伴等场景;二是采用光学压力传感(Optical Force Sensing)技术为灵巧手提供灵敏的触觉反馈,通过检测微小形变实现对压力与接近交互的感知。

这些创新应用也面临各自的技术挑战:在3D感知方面,需要传感器能够快速、无盲区地检测环境变化,同时满足家庭场景对高精度、低功耗、高集成与低成本的需求;在灵巧手触觉方面,最大的技术瓶颈在于缺乏足够的灵敏度来感知外界压力。

2   如何使开发者尽快解决挑战

艾迈斯欧司朗先进的传感技术能够在实现小型化的同时保证关键性能,其中,dToF传感器,如公司最新产品——TMF8829,和光学压力传感器均已做到业界最小的方案,前者在极小尺寸内集成了VCSEL(垂直腔体表面发射激光)、SPAD(单光子雪崩二极管)阵列和TDC(时间数字转换器),后者同样采用高集成度设计,从而能够在有限空间内提供高灵敏度、高可靠性的测量能力,满足人形机器人对紧凑布局与高性能并存的严苛要求。

用户可利用艾迈斯欧司朗TMF8829传感器48×32分区的高分辨率实现更智能的3D感知和避障决策。对于灵巧手等需要触觉感知场景,可采用光学压力传感技术,用户可借助光学压力传感技术实现全密封连续表面,同时提供精准的触觉反馈与情境感知型输入。

这些传感方案均具备跨形态复用能力,可快速部署于人形、四足、轮式等不同机器人平台,从而有效缩短研发周期并降低落地成本。

3   艾迈斯欧司朗的解决方案

艾迈斯欧司朗的相应解决方案主要包括dToF传感器系列以及基于光学压力传感技术的完整方案。

其一,dToF传感器系列,艾迈斯欧司朗以TMF8829直接飞行时间(dToF)传感器为代表。该产品将dToF传感器的分辨率从传统8×8分区大幅提升至48×32分区,同时将视场划分为多达1,536个分区,尺寸仅5.7mm×2.9mm×1.5mm,比1美分硬币更纤薄,较常规低分辨率传感器更紧凑。作为1类人眼安全设备,TMF8829采用双垂直腔体表面发射激光(VCSEL)光源,支持最远11m测距范围,距离分辨率0.25mm,灵敏度足以捕捉手指滑动等细微动作。传感器覆盖80°视场角;

其二,艾迈斯欧司朗的光学压力传感技术凭借高灵敏度特性,能够有效感知因外力作用产生的微小形变,例如具备高位移分辨率(<1µm)特性的模拟前端AS7150搭配光学前端SFH 7061解决方案,可为灵巧手提供精准的触觉