機(jī)器人和機(jī)器視覺設(shè)備使用各種反饋機(jī)制來確保準(zhǔn)確性。可以通過多種方式以相當(dāng)高的精度辨別 3-D 空間。到目前為止，光學(xué)、聲波和機(jī)械視覺和傳感技術(shù)已經(jīng)取得了足夠的成功。更苛刻的要求迫使我們削尖我們已經(jīng)很鋒利的鉛筆。下一代基于視覺的設(shè)計(jì)以更精確的深度和體積感測為中心，精度更高。

常識

到目前為止使用的技術(shù)都可以解決手頭的問題。成本最低的機(jī)械深度或表面傳感器可以像彈簧式線性微調(diào)電位器或限位開關(guān)一樣簡單。

在精度方面，聲波和光學(xué)技術(shù)已被證明更加堅(jiān)決，無需移動部件。光學(xué)距離傳感用于簡單的接近檢測和更精確的測距。從不到 1 毫米到 8 米的接近度可以被識別為指示目標(biāo)存在或不存在的數(shù)字通過/不通過信號。

得益于低成本、高分辨率的現(xiàn)代相機(jī)，視頻技術(shù)一直處于距離和體積測量的前沿。下一代設(shè)計(jì)和要求推動設(shè)備制造商提供高性能解決方案。

更多需要更多選擇

除了需要更高精度的機(jī)器外，大流行后的世界還需要檢測給定位置的人員和占用人數(shù)。人與人之間的間距是一項(xiàng)相對較新的要求，許多人必須遵守這一要求。需要注意的類似情況是癡呆癥。在輔助生活設(shè)施中，包羅萬象的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)跟蹤游蕩患者位置的能力至關(guān)重要。

工業(yè)和工廠應(yīng)用也可以利用更強(qiáng)大、更準(zhǔn)確的距離和體積測量子系統(tǒng)。隨著更先進(jìn)的制造技術(shù)的進(jìn)步和融合，精度、位置、方向、速度和深度的反饋對于下一代制造機(jī)器變得至關(guān)重要。例如，銑床依靠精密的電機(jī)和齒輪組件來正確定位切割頭和磨頭。太深，切割頭會折斷。太淺，留下的材料太多。即使校準(zhǔn)關(guān)閉，這些機(jī)器也會通過準(zhǔn)確的距離感應(yīng)擊中正確的位置。閉環(huán)反饋產(chǎn)生更好的結(jié)果。CNC 機(jī)器、3D 打印機(jī)和激光/等離子切割和焊接機(jī)也受益于更高的閉環(huán)反饋精度。

最新創(chuàng)新

Analog Devices 預(yù)計(jì)許多應(yīng)用對體積感測和測量的需求會不斷增長。AD-FXTOF1-EBZ是一款專用模塊化視頻引擎，內(nèi)置嵌入式飛行時間 (ToF) 距離測量（圖 1）。

圖 1：模塊化 3-D 傳感開發(fā)套件支持從體積測量到占用和活動檢測的各種應(yīng)用。（來源：Analog Devices）

每秒 30 幀的 640x480 VGA 分辨率允許作為外設(shè)功能輕松集成到主機(jī)應(yīng)用程序監(jiān)控器。它具有雙通道移動行業(yè)處理器接口 (MIPI)，可以使用 25 針或 15 針柔性電纜連接到轉(zhuǎn)接板。

940nm 紅外激光器是一種人眼安全的垂直腔面發(fā)射激光器 (VCSEL)，它通過消除直角發(fā)射器配置來降低制造成本。它還吹捧其在強(qiáng)光條件下運(yùn)行的能力，這在一定程度上要?dú)w功于光學(xué) 940nm 帶通濾波器。這有助于阻止來自外部來源的噪音和干擾。蝙蝠翼式漫射器用于為接收鏡頭提供精確的 87 度 x 67 度視野。

在性能方面，視頻深度探測器有兩個可設(shè)置的范圍。20 厘米到 180 厘米范圍和 50 厘米到 300 厘米范圍保持 2% 的精度。它將需要額定溫度為 -20oC 至 +75oC 的 5V 2A 電源，這使其在環(huán)境方面有些堅(jiān)固耐用。

SDK 開發(fā)工具包樣式的接口允許它連接到主機(jī)微處理器、微控制器或單板計(jì)算機(jī)，如 Raspberry Pi 或 Nvidia（圖 2）。SDK 還提供 OpenCV、Open C/C++、Python ?、MATLAB ?、Open3D 和 RoS 包裝器，以便開發(fā)人員可以使用它們來簡化應(yīng)用程序開發(fā)。連接選項(xiàng)包括 USB、以太網(wǎng)或 Wi-Fi，并且提供參考設(shè)計(jì)和材料清單。

圖 2：實(shí)際的相機(jī)和鏡頭 RFPC 板和圖像處理 AFE 板使用 IIC 接口進(jìn)行控制和配置。操作 GPIO 和 MIPI 接口允許實(shí)時控制和數(shù)據(jù)訪問。（來源：Analog Devices）

結(jié)論

對快速而準(zhǔn)確的圖像和距離感測的需求使設(shè)計(jì)人員能夠創(chuàng)建下一代傳感器、機(jī)器人、車輛和安全系統(tǒng)。Analog Devices 的 AD-FXTOF1-EBZ 可讓您快速輕松地測試水質(zhì)。隨著該技術(shù)在不同的家庭和工業(yè)應(yīng)用中得到采用，預(yù)計(jì)該技術(shù)的未來版本將具有更高的分辨率、更快的幀速率和更遠(yuǎn)的距離。

“完成電氣工程學(xué)業(yè)后，Jon Gabay 曾在國防、商業(yè)、工業(yè)、消費(fèi)者、能源和醫(yī)療公司擔(dān)任設(shè)計(jì)工程師、固件編碼員、系統(tǒng)設(shè)計(jì)師、研究科學(xué)家和產(chǎn)品開發(fā)人員。作為一名替代能源研究人員和發(fā)明家，他從創(chuàng)立并經(jīng)營 Dedicated Devices Corp. 到 2004 年一直從事自動化技術(shù)工作。從那時起，他一直在為下一代工程師進(jìn)行研發(fā)、撰寫文章和開發(fā)技術(shù)和學(xué)生。

審核編輯黃宇