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本文图片来源：Sonair
声学探测与测距（ADAR）指的是一类新型传感器，这类传感器能够在空气中实现3D超声波成像。ADAR可与雷达、声呐等成熟技术相媲美。其关键区别在于，ADAR在空气中通过声学原理工作，声呐是在水下工作，而雷达则利用无线电波进行探测。
不是已经有空气超声波传感器了吗？确实存在，但最常见的类型——汽车上的倒车雷达传感器——是一维的。它们只能朝一个方向进行探测，并且仅能提供距离信息。而基于ADAR的传感器能够提供创建三维视图所需的x、y和z坐标。这使得基于ADAR的传感器可用于机器人，以便在与人类共享的空间中实现安全运行。
新型传感器的技术进步
波束成形是ADAR以及诸如三维医学超声成像和SoNAR（声音导航与测距）等成熟超声技术的基础原理，它能够让传感器从不同方向发射和接收声音。然而，在空气中实现波束成形需要换能器足够小，其间隔要达到半个波长（λ/2）。
北欧的一个研究小组制造了微型换能器，首次实现了在空气中进行波束成形。研究人员还发现，他们可以将医学超声成像中所用的算法进行改进，应用于这种新型传感器，从而证实了这项新技术能够轻松实现深度感知和障碍物检测。
这种新型传感器赋予机器人具备最大可达5米的3D深度感知和障碍物检测能力。此外，在自主移动机器人（AMR）上安装四个这种低成本的新型传感器，就能实现360度全方位感知。
对于人类工作人员而言，知道周围的移动机器人具备360度障碍物检测功能www.cechina.cn，会让他们在工作时感到安心。而且，由于配备ADAR技术的机器人能够避开周围环境中的物体，这也就意味着意外停机时间减少，工作过程更加顺畅——无论是在仓库还是制造工厂中都是如此。
试想一下，将物品送到繁忙的包装或码垛区域的AMR，或是协助包装作业的协作机器人：它们都需要在人员不断走动的环境中运行，采用这种新型传感器技术将有助于确保安全运行。
这项技术还可应用于整个机器人工作单元，不仅能保障机器人周围5米范围内的安全，还能确保整个自动化包装或码垛工作单元的安全。
这种新型传感器已广泛应用于AMRCONTROL ENGINEERING China版权所有，并取得了出色的效果。但这并非意味着ADAR的应用仅限于AMR。任何需要与人类共享工作空间的机器人，都能从360度障碍物检测功能中受益。
▲2D LiDAR 的视野有限控制工程网版权所有，只能感应机器人周围环境的狭窄二维切片。相比之下，ADAR 提供360度场景视图，最远距离为5米，为障碍物检测创建3D安全防护罩。
与激光雷达相比ADAR具有的优势
传感器套件的成本可能占到自主移动机器人总硬件成本的30%，有时甚至更高，其中集成了各种传感技术和摄像头技术，以帮助机器人在导航的同时能安全地检测障碍物。
然而，激光雷达（LiDAR）的视野有限控制工程网版权所有，只能感知机器人周围环境中一个小的二维切面。这意味着LiDAR很难检测到二维平面之外的物体。2D安全LiDAR通常安装在AMR上，离地约为20厘米的位置。这就意味着，它们无法检测到距离地面仅10厘米高的物体。同样，如果物体悬挂在天花板上，或者从墙壁或货架上突出，只要处于传感器受限的视野范围之外，2D安全LiDAR也无法检测到。
光照条件也会给LiDAR带来额外的挑战，透明和反光的表面更是LiDAR难以检测的。相比于2D安全LiDAR，新型基于ADAR技术的传感器在障碍物检测方面性能更优。
此外，这种新型3D超声波传感器的价格要便宜得多，并且可以实现大规模生产。一款经过安全认证的2D LiDAR通常售价约为4000美元，而这款新型3D超声波传感器的售价约为1000美元。AMR通常配备两个2D安全LiDAR，拆除这两个昂贵的传感器，可立即节省8000美元。若改用四个基于ADAR的传感器，成本节约了50%，却能让AMR在障碍物防护方面实现全方位的360度保护。
提高人机在共享空间的安全性
除了障碍物检测之外，2D安全激光雷达还能支持自主导航功能。为了保留这些功能，机器人设计师可以采用新型传感器，搭配价格便宜得多的非安全级LiDAR（价格约为500美元），让新型传感器来执行改进后的3D安全障碍物检测功能。根据不同的配置，新型基于ADAR的传感器技术可将典型的安全传感器套件的成本降低50%至80%，同时还能提升安全性。
鉴于在执行障碍物检测功能时，2D安全LiDAR能产生数百万个数据点，而ADAR产生的数据点只是其中的一小部分，人们容易认为2D安全LiDAR才是AMR的最佳传感器，这又如何解释呢？Sonair公司的联合创始人Ole Marius Rindal谈道，认为生成更多数据点就必然会提高安全性的观点是一种误解。该公司推出了首款安全3D超声波传感器，包括AMR供应商、汽车技术供应商和工业制造商等在内的早期试用项目参与者都已经对此进行了验证，并且预计在2025年底将，新型ADAR传感器将获得全面的安全认证（IEC 61508 和 SIL2）。
基于ADAR的传感器结合了先进的信号处理算法，无需数百万个数据点，就能提供可操作的数据点来检测机器人周围的障碍物。这意味着机器人的机载处理需求更低。
由于在移动机器人领域LiDAR应用广泛，一些自动化专业人士可能对于这项新技术的应用持谨慎态度。Rindal表示，一些人在尝试这项技术之前，会因从未有过空气超声波应用而对此表示担忧。但在使用新型传感器后，这些担忧很快就烟消云散了。例如，有人担心超声波过于敏感，会捕捉到其周围每一个物体。然而，先进的信号处理算法，会过滤掉不必要的信息，确保新型传感器能有效检测到障碍物。
还有一些人曾尝试过早期的超声波技术，但结果都不尽如人意。微型化换能器与处理算法的结合控制工程网版权所有，让新型ADAR传感器在硬件和软件方面的表现与以前都截然不同。
并不是说新型3D超声波传感器会取代如今机器人上使用的所有其它传感器。自动化应用种类繁多，不能一概而论。未来将是这种新型传感器与其它传感器相结合的时代，以更好地确保人类和机器人能够安全协作。
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