圖 1：現代人形機器人

人形機器人的一個重要方麵是探測和解讀物理環境的能力；zhengrurenleiyikaoganguanjinxingdaohangheyushijiehudongyiyang，renxingjiqirenyexuyaofuzadechuanganxitonglaizizhuyouxiaodizhixingrenwu。renxingjiqirenzhongshiyongdechangjianchuanganqileixingbaokuoshijiaoxitong（攝像頭）、雷達和激光雷達（導航和感知）
、觸覺傳感器（模擬觸控）以及使機器人能夠了解自身姿勢和平衡的聽覺係統（麥克風）。本文探討了毫米波 (mmWave) 雷達傳感器在導航、識別以及將雷達與攝像頭傳感器集成方麵的優勢，從而實現人形機器人中的傳感器融合。

遠距離功能、高運動靈敏度和隱私功能使基於雷達的傳感器集成電路 (IC) 成為位置和接近傳感設計的常用技術。雷達傳感器具有高精度
，在汽車和工業市場中也很受歡迎，用於檢測盲點
、碰撞、人員和運動。

60GHz 和 77GHz 雷達傳感器具有更高的分辨率、更高的精度和更小的外形尺寸，正在取代 24GHz 雷達傳感器。60GHz 和 77GHz 雷達頻帶支持新的應用，例如工業機器人中的物體存在檢測以及工廠或家居移動機器人應用。

圖 2：嵌入在工業機器人中的毫米波傳感器

由於雷達能夠在惡劣天氣條件下良好運行，因此通常選擇毫米波雷達技術而不是激光雷達
、攝像頭和其他光學傳感器，以節省成本；攝像頭可能會受到光線不足和天氣的影響。雷達還具有較寬的距離和覆蓋範圍，使傳感器能夠檢測 100 米以外的物體。由於移動機器人應用需要節省功耗

，因此用戶經常使用低至 1.7mW 的雷達進行存在檢測。但是，在各種用例場景中，可使用雷達和激光雷達
、攝像頭或替代光學傳感器類型組合。

從功能安全的角度來看
，TI 工程師在設計 IWR6843 等非接觸式雷達傳感器之前，已進行了大量的硬件和軟件開發工作，並獲得了 (TÜV) SÜD 的器件認證。所有 TI 雷達傳感器均包含內置的功能安全機製，可提供 IEC 61508 所要求的必要診斷覆蓋範圍，可在元件級別滿足高達安全完整性等級 (SIL) 2 的硬件功能。

可以通過診斷軟件庫、編譯器資質審核套件
、第三方操作係統、開發工具和其他文檔在線獲取功能安全配套資料，從而讓工程師簡化安全設計流程和係統級認證。

在人形機器人中使用一種類型的傳感器存在明顯的局限性
，包括數據收集不完整或不準確。例如，攝像頭在深度感知、guangxianbuzuhuotancefeishijiaoyuansushihuiyudaokunnan，erjiguangleidachuanganqizehuiyinweijiqirenyidongshijiguangshangxiatiaodongerdaozhidushubuzhunque。shujushoujixianzhikenenghuidaozhidaohang
、物體操作和環境交互方麵的錯誤。

傳感器融合技術通過集成來自多個傳感器的數據，更準確
、可ke靠kao和he全quan麵mian地di了le解jie機ji器qi人ren環huan境jing，從cong而er解jie決jue這zhe些xie問wen題ti。通tong過guo結jie合he來lai自zi各ge種zhong傳chuan感gan模mo式shi的de輸shu入ru，人ren形xing機ji器qi人ren可ke以yi做zuo出chu更geng明ming智zhi的de決jue策ce，從cong而er增zeng強qiang執zhi行xing複fu雜za任ren務wu的de能neng力li，例li如ru在zai不bu平ping坦tan的de地di形xing中zhong導dao航hang、抓取不同形狀和大小的物體，以及在動態的真實世界環境中進行交互。

傳感器融合的優勢包括：

1. 通過合並不同傳感器的數據來提高精確度。

2. 冗餘
   ，以便在一個傳感器發生故障時確認功能正常。

3. 通過更全麵地了解周圍環境提高環境感知能力。

4. 能夠更好地適應動態環境。

雷(lei)達(da)在(zai)惡(e)劣(lie)條(tiao)件(jian)下(xia)經(jing)久(jiu)耐(nai)用(yong)，而(er)且(qie)在(zai)探(tan)測(ce)移(yi)動(dong)物(wu)體(ti)時(shi)非(fei)常(chang)可(ke)靠(kao)，因(yin)此(ci)是(shi)經(jing)常(chang)集(ji)成(cheng)到(dao)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)主(zhu)要(yao)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)一(yi)。為(wei)了(le)彌(mi)補(bu)單(dan)一(yi)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)的(de)不(bu)足(zu)
，TI 為希望更大限度提高機器人精度和感知能力的用戶提供了各種產品。TI 提供攝像頭和雷達傳感器模塊以及 IMX219 攝像頭和 IWR6843ISK EVM 毫米波雷達傳感器。該模塊實現了一種物體級融合方法，該方法應用了注重物體聚類和跟蹤的攝像頭-視覺處理鏈和雷達處理鏈

，使用戶能夠跟蹤和探測三維環境中的物體。用戶演示了傳感器融合在機器人 SDK 中的諸多潛能和功能。

圖 3：采用 IMX219 和 IWR6843ISK構建的攝像頭和雷達傳感器模塊

本文探討了毫米波感應、安(an)全(quan)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)融(rong)合(he)在(zai)實(shi)現(xian)精(jing)確(que)檢(jian)測(ce)人(ren)形(xing)機(ji)器(qi)人(ren)周(zhou)圍(wei)的(de)物(wu)體(ti)和(he)運(yun)動(dong)方(fang)麵(mian)的(de)優(you)勢(shi)。毫(hao)米(mi)波(bo)傳(chuan)感(gan)技(ji)術(shu)在(zai)昏(hun)暗(an)或(huo)灰(hui)塵(chen)等(deng)低(di)能(neng)見(jian)度(du)條(tiao)件(jian)下(xia)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)

，因(yin)為(wei)在(zai)這(zhe)些(xie)條(tiao)件(jian)下(xia)
，傳(chuan)統(tong)的(de)視(shi)覺(jiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)能(neng)不(bu)可(ke)靠(kao)。毫(hao)米(mi)波(bo)雷(lei)達(da)成(cheng)本(ben)低(di)、功耗更低
，而且能在惡劣天氣條件下工作，因此成為機器人應用的潛在選擇。

本文還介紹了功能安全和傳感器融合技術
，這些技術對於人形機器人在複雜環境中的可靠運行至關重要。憑借 (TÜV) SÜD 內置的功能安全機製和器件安全認證，TI 雷達器件可提供 IEC 61508 所需的必要診斷覆蓋範圍，可在元件級別滿足高達 SIL 2 的硬件功能。將支持安全功能的雷達與激光雷達
、攝像頭或其他光學傳感器相結合

，有助於提高物體探測的準確性、故障冗餘性、決策能力以及機器人行為的實時調整，從而提高人形機器人係統的自主性和安全性。

文章來源：德州儀器