尽管工业4.0实现了高度自动化，但人们已经开始设想和讨论下一次工业革命，即工业5.0。如果说工业4.0是将机器数字化连接以实现数据无缝流动和最高优化，那么工业5.0被认为是将人类重新引入协作并为制造产品引入人文关怀的阶段。工业5.0着眼于可持续制造，强调人与机器的合作，并尝试解决工业4.0可能导致的经济不平衡和社会不平等问题。人类、机器人和数字技术的合作将是未来的发展趋势。

工业5.0的到来将彻底改变工业机器人市场，由于各行业对机器人的需求不断增加，根据FMI的分析，全球工业机器人市场价值预计将从2023年的390亿美元增至2033年底的2200亿美元，复合年增长率将达到18.9%。

然而，机器人在工作过程中需要能够准确感知和识别周围的环境和障碍物，以确保安全、高效地完成任务。在工业5.0的浪潮中，全球领先的智能传感器和光源解决方案供应商——艾迈斯欧司朗正积极布局，致力于赋能工业机器人避障功能的增强。

3D传感器，成为机器人避障的核心

在工业自动化和机器人技术中，避障功能是至关重要的，它直接关系到机器人的操作效率和安全性。机器人避障技术的核心在于精准的感知和快速的响应。这需要传感器能够提供可靠的数据，并能够实时处理这些数据。

常用的工业机器人避障传感器主要有以下几种：

1) 一种是超声波传感器，其工作原理是利用超声波的反射来检测障碍物。优点是成本低廉，缺点是精度较低，且易受环境影响。

2) 红外LED发射接收方案：工作原理是利用红外LED发射红外线，并通过接收器接收反射回来的红外线来检测障碍物。优点是结构简单，成本适中，缺点是探测距离较短。

红外LED和超声波方案由于技术成熟、成本低廉，而且成熟的驱动设计更容易被用户接受，在工业应用中最为广泛。然而，这些2D传感器无法提供对环境的精确、全面的感知。近年来，3D激光雷达传感器方案凭借其众多优点在避障领域逐渐受到青睐。激光雷达的工作原理是利用激光发射激光束，并通过扫描来获取周围环境的三维信息。

与2D传感器相比，3D激光雷达具有以下优势：激光技术所带来的更为均匀的光斑能够提升图像质量；极窄的光谱带宽使其在阳光下更加稳定；其高温稳定性和宽温范围要求的设计更为便利；同时，激光雷达能够高速切换带宽，支持高频调制，例如Time-of-Flight（ToF）技术的应用。得益于上述优势，激光雷达能够提供更为精准的避障效果、更高的鲁棒性和更好的一致性，因此适用于对避障精度和可靠性要求较高的工业应用场景。

市面上常见的3D感测系统方案包括四种：主动双目（ASV）、结构光（SL）、线扫描激光和成像激光雷达/TOF面阵，这些感测方案各有优缺点。

• 主动双目：利用点投影仪和立体摄像机组合，适用于短距离操作，支持导航与定位、障碍检测和人员计数/追踪等应用。其优势在于高分辨率输出和成熟的算法支持，但该系统对处理器要求高，并且受环境光照影响较大。

• 结构光（SL）：通过单一摄像机与点投影仪实现，同样适用于短距离场景，支持导航与定位、访问控制等。它提供高分辨率的3D数据，增强红外和可见光图像融合能力，但也受环境光照影响和较依赖于处理器性能。

• 线扫描激光：使用EEL或VCSEL光源与PSD或SPAD传感器，可覆盖从短至长距离测量，适合于2D地图、物体检测和避障与自动门控等应用。该系统优势在于直接测距、成本效益高，无图像采集隐私顾虑，但分辨率提升的成本较高。

• 成像激光雷达/飞行时间（TOF）：结合了光投影与ToF摄像机，主要应用于中短距离场景，包括3D地图和安全窗/区域保护等。该系统设计简单，无图像采集隐私问题，但面临ToF传感器供应商数量有限的挑战。

可以看出，在这些感测方案中，红外激光发射技术是实现3D传感的关键之一。艾迈斯欧司朗作为光学解决方案的全球领导者，凭借其长期积累的激光芯片外延和封装技术，为工业避障领域提供高性能、高可靠性的3D传感器解决方案。

艾迈斯欧司朗：提供全方位红外激光器解决方案

艾迈斯欧司朗也是业界唯一提供所有红外激光发射技术的供应商，其激光器方案主要包括EEL（边发射激光器）和VCSEL（垂直腔表面发光激光器）两种。

在EEL边发射激光器领域，艾迈斯欧司朗提供塑料封装、金属封装和SMT封装三种类型产品，适用于远距离应用的高品质、高功率设备。具有低温度漂移、快速切换时间和成熟度高等优势。

艾迈斯欧司朗的VCSEL产品具有丰富的产品线，涵盖了波长为850nm和940nm、功率从0.5W至10W的广泛范围，广泛应用于工业机器人、移动设备、AR/VR和汽车等3D传感领域。

VCSEL包括点状投射器、泛光投射器形式、以及不带封装的裸片三类产品。

其中，BIDOS^® P3435 Q系列的VCSEL点状投射器是专为结构光立体视觉技术而设计，拥有Belice（波长850nm）和Belago（波长940nm）两个子系列。这些产品具有低功耗、小型化封装、高光学效率以及能够进行自由聚焦投影等优势。特别地，Belago系列具备内置的人眼安全功能。他们还能提供不同类型的点斑以满足各种应用需求，例如，Belice和Belago1.0提供5K的点斑，而Belago1.1提供5K的随机点斑，Belago1.2则提供15K的随机点斑。

艾迈斯欧司朗的VCSEL泛光投射器系列包括BIDOS P2433 Q和BIDOS P4040 Q两大子系列，他们兼具850nm与940nm两种光波长，功率覆盖从3W至6.5W，可以用于ToF和补光应用，光效最高可达45%，能够满足主流工业避障系统的需求。每个产品都配备了不同的角度，例如P2433 Q具有60°x45°和72°x58°两种角度；P4040 Q除了用于工业领域之外，还可用于汽车领域，角度也相对宽一些，具有58°x41°、79°x56°、104°x84°、17°x17°四种角度，支持多种光束形状设计。

VCSEL裸die是一种开放型产品组合，允许用户自由定制封装。它能够提供2-10W的输出功率范围，支持多种芯片尺寸选择，并可采用脉冲或连续波（CW）的驱动条件，满足各种应用需求。

此外，艾迈斯欧司朗还提供一种特定的光源设备——Beam Illuminator（光束照明器），BIDOS^® E1005 L可用于工业应用中的数据传输，功率仅为15mA，功率为11mW，波长为940nm，提供表面贴装设备（SMD），其光束轮廓与VCSEL裸芯片（bare-die）类似。

BIDOS^® E1005 L 产品图片（图片来源：艾迈斯欧司朗）

这些全面的激光器方案，不仅能够确保机器人在固定的环境中稳定工作，还能够灵活应对各种突发情况，例如动态障碍的出现、环境布局的临时变更等。

赋能工业机器人感知世界

在工业领域，自主移动机器人（AMR）的应用日益广泛，特别是在如户外扫地机这类对测量距离和环境适应性有较高要求的场合。这些机器人通常需要覆盖长达50m的测量距离，支持测绘和目标避障应用，并能在直射日光等户外环境下稳定工作。鉴于此，激光雷达系统因其卓越的测距能力和环境适应性而成为首选技术。

艾迈斯欧司朗的SPL TL90AT03 / SPL UL90AT03激光器非常适合需要高功率和精确控制的工业应用，该设备的典型输出功率高达75W，而且激光器坚固耐用，使用寿命长达20,000小时，功率保持率大于70%。此外，与传统基于摄像机的三角测量系统相比，该时间飞行（ToF）技术方案的成本降低了20%，提供了一种经济高效的解决方案。

工业机器人的激光雷达应用图片（图片来源：艾迈斯欧司朗）

在仓储领域，特别是车间安全和3D检测应用中，高效的iToF（间接时间飞行）解决方案起着至关重要的作用。这些系统需要具备高分辨率，如640x480 VGA级别，以精确捕捉环境细节，同时需要覆盖从几十cm到10m的探测距离，确保在人头高度上保护机器人的工作区。

艾迈斯欧司朗的BIDOS^® P2433 Q系列产品在此类应用中表现卓越。该系列产品具有高达45%的光电转换效率（PCE），保证了能量利用的高效性和设备运行的成本效益。更重要的是，其极小的占地面积使得这款产品可以轻松集成到各种工作环境中，无论空间多么紧凑。此外，BIDOS^® P2433 Q提供多种照明轮廓选项——窄型、宽型至超宽型，使其能够适应不同范围和形状的监测区域。

对于无人机而言，精准降落很关键，尤其是在复杂环境中确保安全着陆。艾迈斯欧司朗在此应用中提供的核心技术包括VCSEL die和IR target OSLON^® Black系列，可以确保无人机可以从高空（例如10m）安全而精确地降落到指定位置，同时满足高达25cm的着陆精度要求。

VCSEL 裸片为无人机提供了高精度的测距能力，其优势在于能够产生高质量、高一致性的光束，使得从较高空中的降落过程更为精确和可控。此外，VCSEL技术因其低功耗和长寿命特性，特别适合于电池供电的无人机系统。IR target OSLON^® Black系列的高效率红外LED补充了VCSEL die的功能，通过提供不同的照明范围选项，这些LED能够在多种环境条件下保持高性能，进一步提升了无人机的降落精度和安全性。

结语

在工业5.0即将来临之际，艾迈斯欧司朗的EEL和VCSEL激光解决方案，将赋予工业机器人更强的感知能力、更灵活的运动控制和更可靠的协作能力，使其能够在大数据、人工智能、物联网等新兴技术的驱动下，在工业生产的各个环节发挥更大的作用，助力制造业实现更高水平的自动化、智能化和柔性化。

文章来源：艾迈斯欧司朗  责任编辑：龚淑娟  审核人：李峥