一套感知工具包，六个机器人世界：ScioSense 组件如何赋能感知

从 LTDC-X3 激光雷达 IC 到电容式和环境传感器：了解 ScioSense 的一套组件工具包如何支持六个机器人细分领域的感知功能。

引言

让我们来谈谈这一工程现实：机器人的能力完全取决于其感知能力。障碍物检测、定位、姿态识别和自主性，都始于传感器本身，以及那些将物理事件转换为数字数据的集成电路（IC）——这些数据必须具备足够的精度，才能为后续行动提供依据。

ScioSense 是一家元器件供应商，其产品组合（时间-数字转换器、电容-数字转换器、电阻-数字前端以及环境传感器集成电路）为工程师提供了构建激光雷达接收器、电容式皮肤、称重传感器和环境模块所需的基础组件。

在六个截然不同的机器人子领域中，同一套紧凑型集成电路（IC）不断出现。对于需要跨多个平台进行规划的设计工程师而言，这种重叠现象才是真正的关键所在。

机器人行业的六个细分领域一览

要了解单组件工具包如何实现扩展，必须考察六个主要机器人细分领域中各不相同的运营需求：

• 工业机器人：制造环境中的固定臂机器人和协作机器人，在这些场景中，可重复性、安全区域监控以及基于状态的维护是传感需求的主要方面。

• 服务机器人： 在半结构化室内空间中运行的清洁 、配送和接待机器人，其中导航和与人共处时的安全性是核心考量。

• 医疗机器人：手术辅助设备、诊断平台和康复设备，在这些领域，精度和患者安全是不可妥协的，且每个传感器都处于受监管的环境中。

• 移动机器人： 仓库和物流领域的自主移动机器人（AMR） 和自动导引车（AGV），其中SLAM、避障和车队定位技术是传感器架构的核心驱动力。

• 类人机器人与社交机器人： 这是一种双足行走 且侧重交互的平台，需要在动态环境中进行丰富多模态感知。

• 国防机器人：爆炸物处理系统、侦察平台和地面无人车，其设计范围由坚固耐用性和恶劣环境下的性能所决定。

这六个世界在感知优先级方面存在差异。正如我们接下来将看到的，组件级的基本构建块在很大程度上并无差异。

跨分段组件模式

ScioSense的“组件-细分市场”矩阵揭示了一种模式，如果单独观察每个细分市场，这种模式很容易被忽视：除了一项具体且合乎逻辑的例外情况外，这六个机器人细分市场均采用了相同的核心集成电路。

那么，为什么这种情况会在组件层面上发生呢？因为无论机器人是在焊接底盘、提供客房服务，还是清理通道，它基本上都需要执行相同的物理操作：测量飞行时间、检测距离和物体存在、感知环境，以及监控自身的内部状态。应用场景会发生变化，但其背后的物理原理却始终不变。

该产品组合按传感功能而非零件编号进行分组，可与几乎任何机器人传感器堆栈的方块图完美对应：

• 距离与测距：时序-数字转换器系列： LTDC-X3、 TDC-GPX2, AS6501, AS6500，以及高端型号 TDC-GPX 为激光雷达和飞行时间（ToF）设计提供了高精度计时层。

• 接近、触摸与存在： PCAP04 电容-数字转换器可作为安全缓冲器、电容式触控面板、人机界面（HMI）表面以及电容式压力传感的前端。

• 力、转矩和位置反馈：PS09 以及 PS081 电阻-数字转换器可处理关节、末端执行器和力敏接口内部的应变片及称重传感器读数。

• 环保意识：ENS16x 多气体传感器，以及 ENS21x温湿度传感器 既支持运行状态监测，也支持环境感知。

• 功率敏感事件检测：该 AS3930 / AS3932 / AS3933 低频唤醒接收器可使电池供电的平台保持休眠状态，直到发生预定义事件为止。

• 户外态势感知： AS3935 富兰克林闪电传感器™ 为部署在现场的平台提供雷暴前线探测功能。

该矩阵中唯一的例外是AS3935，它涵盖了六个细分市场中的五个，但未涵盖医疗机器人领域——这一遗漏完全合乎逻辑，因为医疗机器人在室内运行，对闪电检测并无实质性需求。产品组合中的其他所有集成电路均适用于全部六个细分市场。

焦点：LTDC-X3 作为有力例证

该 LTDC-X3 双通道时间-数字转换器 是一个典型的例子，因为它在一个单片集成电路中体现了“一个集成电路、一种传感器类型、全部六个段”的模式。

在激光雷达接收器中，TDC 以皮秒级的分辨率对返回光子的到达时间进行时间戳标记。正是这个时间戳，将“从某物体上反射回来的光”转化为“前方 4.2 米处的一个障碍物”。 TDC是接收路径的测量引擎，点云处理流程中后续的所有环节都取决于该时间戳的质量。

这一单一功能在六个细分领域中均有所应用：

• 移动机器人在仓库和物流应用中，利用基于激光雷达（LiDAR）生成的点云数据进行SLAM和避障。

• 工业机器人利用激光雷达（LiDAR）对围栏区域和非围栏区域周围的安全区域进行监测，并检测入侵情况。

• 服务机器人和类人机器人平台将其用于在非结构化、人与机器人共存的环境中进行定位和自由空间感知。

• 医疗平台将其用于工作空间映射，以及患者和临床工作人员周围的距离感知。

• 国防平台将其用于实地环境中的地形测绘、障碍物感知和威胁探测。

用于制造机器人激光雷达的底层TDC技术，同样被应用于自动驾驶汽车的激光雷达系统中。对于负责选型选件的机器人工程师而言，这是一个有用的信号：即使该部件所搭载的平台永远不会离开仓库，该部件也已经达到了汽车级可靠性标准的要求。

LTDC-X3 是更广泛的 TDC 产品系列中的一员。 AS6500、AS6501、TDC-GPX 和 TDC-GPX2 分别提供了分辨率、通道数和功耗范围的不同组合。这有助于工程师在 ScioSense 产品目录内，灵活扩展其激光雷达架构，从短距离固态模块到高端扫描系统均可覆盖。

跨应用：一颗集成电路能否支持多种传感器类型？

该矩阵中的第二个发现可以说比第一个更有趣。某些ScioSense集成电路不仅跨越了不同细分市场，还跨越了不同的传感器类别。这正是“物料清单整合”这一论点真正落脚之处。

以下是一些例子：

• PCAP04可应用于触摸传感器、接近传感器和电容式压力传感器之后。一个通过认证的部件即可覆盖三种不同的传感器类型，服务机器人或类人机器人可在同一平台的不同位置同时使用这三种传感器。

• PS09和PS081既涵盖力/扭矩传感器，也涵盖应变片前端，它们本质上是同一个物理测量问题，只是采用两种不同的机械封装形式。协作式机械臂关节和外科末端执行器可能同时使用这两种传感器——且采用相同的前端集成电路。

• ENS21x将温度和湿度监测功能整合到单一设备中，既适用于环境监测，也适用于基于状态的维护数据流。

• TDC 产品系列涵盖从短距离飞行时间传感器到高端激光雷达的完整范围，且无需更换供应商，这对希望在传感器架构日趋成熟的过程中保持一致认证路径的工程师而言至关重要。

选择 ScioSense 组件可以精简物料清单（BOM）。一个经过认证的部件可适用于多种传感器模态，从而减少供应商数量，并便于在针对不同机器人细分市场的产品线中重复使用。

市场背景

让我们简要探讨一下，为什么跨细分市场的趋势在当下如此重要。有三个市场亮点值得提及，但本文不会就此展开成一份市场报告。

• 在各类机器人传感技术中，固态激光雷达（LiDAR）正展现出最强劲的增长势头，而这正是LTDC-X3等基于TDC的集成电路最能发挥作用的领域。

• 激光雷达系统、视觉/摄像头 系统和红外系统是塑造下一代机器人的主要传感类别。

• 目前，工业机器人是市场规模最大的领域；未来五年内，服务机器人将是增长势头最强的领域；而类人机器人则是一个长期发展机遇。

对工程师而言，其实际意义在于：无论哪条曲线率先加速，一个已经覆盖所有六个细分市场的产品组合都占据了有利地位。你今天为工业协作机器人认证的传感器堆栈，在很大程度上就是明年将在服务机器人中重复使用的传感器堆栈，之后在类人机器人平台上稍作调整即可继续使用。

结论

ScioSense 专注于集成电路（IC）和元器件领域，其产品组合的架构设计使得同一套基础组件能够支持覆盖所有六个机器人子细分市场的传感器设计。

三点实用建议：

1. 您在某个机器人平台上经过验证的ScioSense部件，很可能也能在下一个平台上重复使用。

2. 对于激光雷达（LiDAR）、飞行时间（ToF）及其他基于测距的感知技术，时间-数字转换器系列（以LTDC-X3为代表产品）是理想的起点。

3. 对于多模感知堆栈而言，其更广泛的产品组合——包括电容式、环境感知和模拟读出集成电路——应被视为一个统一、连贯的工具包，而非一堆互不相关的组件。

对于希望将特定部件与特定设计进行匹配的工程师，相关文档和详细信息可在 ScioSense - 机器人技术上查阅。

*本文由Wevolver 发布，作者为乌马尔·瓦西姆