0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

人形机器人中的毫米波雷达感应和传感器融合

海阔天空的专栏 来源:德州仪器 作者:厂商供稿 2026-05-29 17:05 次阅读
加入交流群
微信小助手二维码

扫码添加小助手

加入工程师交流群

1 概述

本文探讨了毫米波传感、安全以及传感器融合技术在人形机器人中实现精准物体和运动检测的应用。与基于视觉的传感器相比,毫米波雷达在能见度较低的环境中表现尤为出色,同时还能在恶劣天气条件下实现低成本、低功耗的运行。

涵盖的内容:

Ÿ 传感技术在人形机器人中的重要性:比较了人形机器人的设计中各类传感器的类型、规格及系统集成注意事项。

Ÿ 毫米波雷达传感器简介:阐述了雷达 IC 功能以及向 60GHz 和 77GHz 解决方案的演进。

Ÿ 毫米波传感器的优势:详细说明了雷达在成本、耐候性、测距和功能安全认证方面的优势。

Ÿ 传感器融合:演示多传感器集成如何克服单传感器局限性,从而提升环境感知能力。

Ÿ 雷达和摄像头传感器融合:介绍了使用 TI 开发工具和 Robotics SDK 的实际应用方案。

简介

人形机器人(如图 1 所示)正在制造业、物流业和服务业等领域迅速从研究平台向生产系统转型。对于系统集成商和 OEM 而言,核心工程挑战在于:在非结构化环境中实现可靠的自主导航、部署能够在各种运行条件下稳定工作的感知系统以及满足人机协作的功能安全要求。

图片1.png

图 1 现代人形机器人

关键的设计考虑因素包括为实现 360 度环境感知而选择传感器、对多模态传感器数据进行实时处理、移动平台的功耗预算限制以及系统级安全认证路径。随着人形机器人的外形设计日益标准化,其差异化优势越来越体现在传感架构的复杂程度上。特别是,当单个传感器模态受到光照变化、空气中悬浮颗粒或表面反射率变化等环境因素影响时,能否保持运行可靠性。

传感在人形机器人中的重要性

正如人类依靠感官来感知和与世界互动一样,人形机器人也需要复杂的传感系统才能自主、有效地执行任务。表一列出了人形机器人中常用的传感器。

表 1 人形机器人中常用的传感器类型

传感器类型说明系统应用设计注意事项
摄像头(视觉系统)RGB、深度或红外摄像头可捕获视觉信息,以便进行物体识别和场景理解。导航、感知、物体处理、人机交互受光照条件影响、图像处理的计算要求、帧速率与分辨率之间的权衡
毫米波雷达毫米波雷达利用60-77GHz频带的射频信号检测物体的距离、速度和角度。导航、避障、存在检测、手势识别不受天气/光照影响、功耗、角度分辨率限制、多雷达环境中的干扰管理
激光雷达基于激光的测距能创建环境的高分辨率3D点云。导航、地图绘制、障碍物检测、定位成本、机械可靠性(旋转式与固态式)、振动导致的性能下降、对反射/吸收表面的敏感性
触控式传感器力、压力和接触传感器为操作任务提供触摸反馈。夹具系统、接触检测、力控制、表面纹理识别传感器密度与成本、信号调节复杂性、重复接触下的耐用性、与控制环路集成
听觉系统(麦克风)麦克风阵列可采集声音,以实现语音命令、环境感知和定位功能。人机交互、声源定位、异常检测降噪要求、波束成形复杂性、声学回波挑战、语音识别处理需求

毫米波雷达传感器简介

与基于视觉的传感相比,基于雷达的传感器 IC 具有长距离探测能力、高运动灵敏度和隐私保护特性,因此设计师常将其用于位置和接近度传感。凭借其高精度,雷达传感器在汽车和工业市场中也很受欢迎,适用于盲点检测、碰撞检测、人员存在和运动检测等应用。

近年来,60GHz 和 77GHz 雷达传感器取代了 24GHz 雷达传感器,具有更高的分辨率、更高的精度和更小的外形尺寸。60GHz 和 77GHz 雷达频带支持新的应用,例如工业机器人中的物体存在检测以及工厂或家居移动机器人应用。

图片2.png

图 2 嵌入在工业机器人中的毫米波传感器

毫米波传感器相较于激光雷达和摄像头的优势

通常选择毫米波雷达技术而不是激光雷达、摄像头和其他光学传感器,不仅是为了节省成本,还因为雷达能够在恶劣天气条件下良好运行;而摄像头可能会受到光线不足和天气的影响。雷达还具有较宽的距离和覆盖范围,使传感器能够检测一百米以外的物体。设计人员常在移动机器人应用中采用雷达技术以降低功耗,因为雷达在存在检测模式下的功耗低至 1.5mW。然而,将雷达与激光雷达、摄像头或其他光学传感器配对使用,可形成互补的故障模式 — 当一种传感器因环境条件(如雾气影响摄像头、反射表面干扰激光雷达)而性能下降时,另一种传感器仍能保持检测能力,从而提高整个系统的可用性。

从功能安全的角度来看,TI 的 IWR6843 等非接触式雷达传感器经过全面的软硬件开发流程设计,已获得了 TÜV SÜD 的器件认证。所有 TI 雷达传感器均包含内置的功能安全机制,可提供 IEC 61508 所要求的必要诊断覆盖范围,可在元件级别满足高达安全完整性等级 (SIL) 2 的硬件功能。

TI 通过诊断软件库、编译器资质审核套件、第三方操作系统、开发工具和其他文档,提供此功能安全配套资料,从而让工程师简化安全设计流程和系统级认证。

传感器融合

在人形机器人中仅使用一种类型的传感器存在明显的局限性,包括数据收集不完整或不准确。例如,摄像头在光线不足和检测透明物体时可能难以感知深度。同样,激光雷达传感器通常无法检测水或玻璃等透明物体。激光雷达还容易因反射表面产生虚假物体以及深色哑光材料无法检测到的情况。此类限制可能会导致导航、物体操作和环境交互方面的错误。

传感器融合技术通过集成多个传感器数据来解决这些问题,从而对机器人的环境形成更准确、可靠且全面的认知。通过结合各种感知模态的输入,人形机器人能够做出更明智的决策,从而增强其执行复杂任务的能力,例如在不平坦地形上导航、抓取不同形状和大小的物体,以及在动态的真实世界环境中进行交互。

传感器融合的优势包括:

· 通过合并不同传感器的数据来提高精确度

· 采用冗余设计,确保单个传感器故障时系统仍能正常运行

· 通过更全面地了解周围环境提高环境感知能力

· 能够更好地适应动态环境

雷达和摄像头传感器融合

雷达常被应用于机器人系统,因其能在恶劣环境下保持耐用性,并在各种运动状态下可靠地检测物体。TI 的传感器 IC 旨在帮助工程师最大限度地提高其所开发机器人系统的精度和环境感知能力。这些器件有助于弥补单传感器系统的不足。

例如,图 3 的摄像头和雷达传感器模块采用了 IMX219 摄像头和 IWR6843ISK EVM 毫米波雷达传感器。该模块实现了一种物体级融合方法,该方法同时适用于专注于物体聚类和跟踪的摄像头视觉处理链与雷达处理链,从而使工程师能够在三维环境中对物体进行跟踪和检测。

图片3.png

图 3 采用 IMX219 和 IWR6843ISK 构建的摄像头和雷达传感器模块

总结

随着人形机器人从受控环境向真实世界部署的过渡,毫米波雷达技术对于满足人机协作所需的可靠性和安全标准将变得越来越关键。

凭借不受天气影响的运行能力、功能安全认证以及无缝的传感器融合能力,雷达已成为下一代人形机器人平台中不可或缺的组成部分。当今致力于开发雷达 - 光学融合传感系统的工程师们,正在为真正自主的人形机器人奠定基础,使这些机器人能够在复杂环境中与人类安全共存。

关于德州仪器

德州仪器(TI)(纳斯达克股票代码:TXN)是一家全球性的半导体公司,从事设计、制造和销售模拟嵌入式处理芯片,用于工业、汽车、数据中心、个人电子产品和通信设备等市场。我们致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用,让世界更美好。如今,每一代创新都建立在上一代创新的基础上,使我们的技术变得更可靠、更经济、更节能,从而实现半导体在电子产品领域的广泛应用。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 传感器
    +关注

    关注

    2578

    文章

    55892

    浏览量

    795740
  • 人形机器人
    +关注

    关注

    7

    文章

    1108

    浏览量

    18581
  • 毫米波雷达
    +关注

    关注

    110

    文章

    1188

    浏览量

    66481
收藏 人收藏
加入交流群
微信小助手二维码

扫码添加小助手

加入工程师交流群

    评论

    相关推荐
    热点推荐

    IWR1642毫米波传感器:工业应用的理想之选

    ——IWR1642。 文件下载: iwr1642.pdf 一、设备概述 IWR1642是一款基于FMCW雷达技术的集成单芯片毫米波传感器,工作频段为76 - 81 GHz,支持高达4 GHz的连续啁啾带宽。它采用了TI的低功耗4
    的头像 发表于 02-12 09:40 588次阅读

    IWR6843AOP毫米波传感器:工业雷达应用的理想之选

    IWR6843AOP毫米波传感器:工业雷达应用的理想之选 在工业雷达应用领域,传感器的性能和功能对于系统的整体表现起着至关重要的作用。TI推
    的头像 发表于 02-11 15:30 367次阅读

    AWR1843AOP毫米波传感器:汽车雷达设计的理想之选

    AWR1843AOP毫米波传感器:汽车雷达设计的理想之选 在汽车电子领域,毫米波雷达传感器正发挥
    的头像 发表于 02-11 14:00 388次阅读

    深度剖析AWR2944P等毫米波雷达传感器:特性、应用与设计要点

    深度剖析AWR2944P等毫米波雷达传感器:特性、应用与设计要点 在汽车电子领域,毫米波雷达传感器
    的头像 发表于 02-11 09:20 697次阅读

    深度解析 AWR6443 和 AWR6843 毫米波传感器芯片

    芯片综述 AWR6443 和 AWR6843 是基于 FMCW 雷达技术的集成单芯片毫米波传感器,工作频段为 60 - 64GHz。它们采用了 TI 低功耗的 45nm RFCMOS 工
    的头像 发表于 01-26 17:15 914次阅读

    毫米波雷达传感器IWRL6432W的特性与应用解析

    毫米波雷达传感器IWRL6432W的特性与应用解析 在工业和个人电子设备领域,毫米波雷达传感器
    的头像 发表于 01-26 09:40 513次阅读

    雨雾天气,毫米波雷达表现为什么比激光雷达更好?

    在自动驾驶领域,要让汽车自己“看懂”周围环境,必须借助激光雷达毫米波雷达传感器。它们虽都用于探测周围物体,但物理原理和应对恶劣天气的能力却有明显不同。
    的头像 发表于 01-13 17:47 2556次阅读
    雨雾天气,<b class='flag-5'>毫米波</b><b class='flag-5'>雷达</b>表现为什么比激光<b class='flag-5'>雷达</b>更好?

    微波雷达毫米波雷达有什么区别

    微波雷达毫米波雷达有什么区别 前言:不知道大家有没有发现,各种雷达模块的使用开始逐渐加入各种智能家居产品了,像人来灯亮,人走灯灭这种雷达
    的头像 发表于 10-30 16:56 2443次阅读
    微波<b class='flag-5'>雷达</b>和<b class='flag-5'>毫米波</b><b class='flag-5'>雷达</b>有什么区别

    机器人竞技幕后:磁传感器芯片激活 “精准感知力”

    2025 世界人形机器人运动会于 8 月 17 日圆满收官,赛场上机器人在跑步、跳跃、抓取等项目中的精彩表现,背后是运动控制、环境感知等技术的迭代升级。而在这些技术中,磁传感器芯片凭借
    发表于 08-26 10:02

    Texas Instruments IWRL6432工业用毫米波雷达传感器数据手册

    Texas Instruments IWRL6432工业毫米波雷达传感器是 基于调频连续雷达技术的集成式单芯片
    的头像 发表于 07-31 09:23 1523次阅读
    Texas Instruments IWRL6432工业用<b class='flag-5'>毫米波</b><b class='flag-5'>雷达</b><b class='flag-5'>传感器</b>数据手册

    Texas Instruments IWRL1432毫米波雷达传感器数据手册

    Texas Instruments IWRL1432毫米波雷达传感器是一款基于FMCW雷达技术的集成单芯片毫米波
    的头像 发表于 07-25 09:32 1898次阅读
    Texas Instruments IWRL1432<b class='flag-5'>毫米波</b><b class='flag-5'>雷达</b><b class='flag-5'>传感器</b>数据手册

    Texas Instruments IWR2944毫米波雷达传感器数据手册

    Texas Instruments IWR2944毫米波雷达传感器是一款单芯片毫米波传感器,由FMCW收发
    的头像 发表于 07-23 16:00 1841次阅读
    Texas Instruments IWR2944<b class='flag-5'>毫米波</b><b class='flag-5'>雷达</b><b class='flag-5'>传感器</b>数据手册

    毫米波雷达传感器龙头承泰科技3年暴涨500%!比亚迪又带飞深圳一家传感器公司IPO

      6月23日,香港联合交易所披露,国产毫米波雷达传感器龙头企业——深圳承泰科技股份有限公司(下文简称“承泰科技”),递交港交所IPO申请获受理,保荐机构为国泰君安国际。       营收3年暴涨
    的头像 发表于 06-25 18:08 3266次阅读
    <b class='flag-5'>毫米波</b><b class='flag-5'>雷达</b><b class='flag-5'>传感器</b>龙头承泰科技3年暴涨500%!比亚迪又带飞深圳一家<b class='flag-5'>传感器</b>公司IPO

    自动驾驶毫米波雷达之间会相互干扰吗?

    [首发于智驾最前沿微信公众号]随着智能网联汽车的发展,交通环境感知技术(包括毫米波雷达、激光雷达和摄像头等)日益成为自动驾驶的核心组成部分。在这些传感器中,
    的头像 发表于 06-16 09:01 2201次阅读
    自动驾驶<b class='flag-5'>毫米波</b><b class='flag-5'>雷达</b>之间会相互干扰吗?

    毫米波雷达的实车连续测量应用案例

    毫米波雷达凭借其出色的测距测速能力和全天候优势,在汽车组合辅助驾驶系统的传感器中占有重要一席。随着产品从2D、3D向4D升级,毫米波雷达的探
    的头像 发表于 06-05 09:27 3099次阅读
    多<b class='flag-5'>毫米波</b><b class='flag-5'>雷达</b>的实车连续测量应用案例