芝能智芯出品

在機(jī)器人行業(yè)，激光雷達(dá)正經(jīng)歷一場(chǎng)“從配角到主角”的轉(zhuǎn)變。過(guò)去，它更多被視作一種可選的輔助傳感器，用來(lái)提升定位精度或做一些環(huán)境掃描。如今，它正在成為絕大多數(shù)移動(dòng)機(jī)器人的標(biāo)配感知方案，甚至被稱(chēng)為“機(jī)器人的眼睛”。

這一趨勢(shì)的形成，與汽車(chē)行業(yè)的技術(shù)分歧形成鮮明對(duì)比。自動(dòng)駕駛汽車(chē)的感知路線(xiàn)仍在“純視覺(jué)”與“多傳感融合”之間拉扯，而在機(jī)器人領(lǐng)域，激光雷達(dá)幾乎已經(jīng)獲得共識(shí)。無(wú)論是割草機(jī)、機(jī)器狗，還是工業(yè)AGV，制造商們?cè)谛乱淮�產(chǎn)品中越來(lái)越傾向直接集成激光雷達(dá)作為核心傳感器。

背后的原因很現(xiàn)實(shí)：在各種光照、天氣和復(fù)雜地形中，激光雷達(dá)能穩(wěn)定地提供高精度、全三維的空間信息，不依賴(lài)龐大的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，也不怕陰天、強(qiáng)光或弱光。對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行、且對(duì)安全性要求極高的機(jī)器人來(lái)說(shuō)，這種可靠性幾乎等于生命線(xiàn)。

激光雷達(dá)正在悄悄重塑機(jī)器人的設(shè)計(jì)邏輯，并為下一輪智能化奠定基礎(chǔ)。

Part 1

機(jī)器人感知的技術(shù)演進(jìn)

與激光雷達(dá)的角色

機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)的過(guò)程中，需要同時(shí)解決定位、導(dǎo)航和避障問(wèn)題。

早期消費(fèi)級(jí)機(jī)器人受制于傳感器能力，主要依賴(lài)低精度的路線(xiàn)規(guī)劃方式。

◎ 第一代割草機(jī)器人通過(guò)在庭院內(nèi)埋設(shè)電磁線(xiàn)限定工作區(qū)域，并以碰撞檢測(cè)作為路徑變更的依據(jù)，這種方式對(duì)環(huán)境理解幾乎為零，僅能在單一場(chǎng)景內(nèi)執(zhí)行重復(fù)動(dòng)作。

◎ 第二代系統(tǒng)引入了RTK結(jié)合攝像頭的方案，其中RTK基于GPS信號(hào)進(jìn)行定位，配合視覺(jué)識(shí)別實(shí)現(xiàn)一定程度的自主路徑規(guī)劃。

然而，該方案在樹(shù)木、建筑等遮擋環(huán)境中信號(hào)易丟失，且需要額外安裝信號(hào)桿以提升定位精度，增加了部署成本與復(fù)雜度。

◎ 第三代方案則引入360°掃描激光雷達(dá)，使機(jī)器人具備了在未知環(huán)境中自主建圖（SLAM）的能力。

激光雷達(dá)通過(guò)高速掃描測(cè)量獲取周?chē)�環(huán)境的三維空間數(shù)據(jù)，并以點(diǎn)云的形式記錄空間幾何關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的精準(zhǔn)感知與位置估算。

與依賴(lài)視覺(jué)模型訓(xùn)練的方案不同，激光雷達(dá)不需要大規(guī)模場(chǎng)景數(shù)據(jù)訓(xùn)練，且對(duì)光照變化不敏感，能夠在強(qiáng)光、夜間及陰影復(fù)雜的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。這種特性在庭院割草、室外巡檢以及低光照工業(yè)廠(chǎng)區(qū)等場(chǎng)景中尤為重要。

在硬件形態(tài)上，迷你型超半球3D激光雷達(dá)通過(guò)擴(kuò)大垂直視場(chǎng)角（FOV）至半球范圍，顯著增強(qiáng)了機(jī)器人在多方向運(yùn)動(dòng)中的感知覆蓋率。

這對(duì)于路徑變化靈活、周?chē)鷦?dòng)態(tài)目標(biāo)密集的機(jī)器人尤為關(guān)鍵，例如人形機(jī)器人和四足機(jī)器人，需要在行走、轉(zhuǎn)身等多自由度運(yùn)動(dòng)中持續(xù)獲取環(huán)境信息，避免因視野盲區(qū)導(dǎo)致的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

相比之下，車(chē)用激光雷達(dá)更注重遠(yuǎn)距離探測(cè)能力，以支持高速行駛過(guò)程中的預(yù)判，但其較窄的垂直FOV并不適合機(jī)器人復(fù)雜近距環(huán)境的全方位感知需求。

在雨天等復(fù)雜氣象條件下，現(xiàn)代激光雷達(dá)配合波形級(jí)別的信號(hào)處理算法，可將雨滴、雪花等短暫反射信號(hào)剔除，從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取真實(shí)障礙物信息。這一能力保證了機(jī)器人在戶(hù)外全天候工作的穩(wěn)定性，并提升了SLAM地圖構(gòu)建的精度與一致性。

Part 2

應(yīng)用差異化與產(chǎn)業(yè)化路徑

機(jī)器人種類(lèi)的多樣化導(dǎo)致其對(duì)激光雷達(dá)的技術(shù)需求呈現(xiàn)顯著分化。

人形機(jī)器人與四足機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)速度、場(chǎng)景切換頻率和障礙物分布上較為接近，因此可以采用相同的半球或全景激光雷達(dá)方案，不同之處主要在安裝位置和數(shù)量選擇上。

例如，體積較小的四足機(jī)器人在頭部安裝單個(gè)激光雷達(dá)即可覆蓋主要視野，而用于搜救、勘探的工業(yè)級(jí)四足機(jī)器人可能需要雙雷達(dá)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更廣的覆蓋和冗余感知。

人形機(jī)器人則由于人體結(jié)構(gòu)遮擋，需要在胸部、背部等位置配置多臺(tái)雷達(dá)，保證全方位環(huán)境建模的連續(xù)性。

◎ 在庭院機(jī)器人領(lǐng)域，割草機(jī)、泳池清潔機(jī)器人、掃雪機(jī)器人等設(shè)備均可通過(guò)全景激光雷達(dá)獲得持續(xù)的三維環(huán)境感知，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)的自主作業(yè)。

這類(lèi)設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模龐大，尤其在海外庭院經(jīng)濟(jì)成熟的地區(qū)，具備較強(qiáng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力和用戶(hù)接受度。激光雷達(dá)在這些設(shè)備上的滲透，正逐步取代需要人工布設(shè)標(biāo)識(shí)物或信號(hào)源的傳統(tǒng)方案，從而降低部署成本并提升用戶(hù)體驗(yàn)。

◎ 工業(yè)機(jī)器人如無(wú)人叉車(chē)、自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)（AGV）在復(fù)雜室內(nèi)外混合場(chǎng)景中運(yùn)行，需要兼顧較高的定位精度與環(huán)境適應(yīng)能力。

相比視覺(jué)與超聲波等傳感器，激光雷達(dá)能夠更穩(wěn)定地識(shí)別貨架邊緣、通道寬度及動(dòng)態(tài)障礙物，并結(jié)合慣性測(cè)量單元（IMU）與里程計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)路徑規(guī)劃。這在物流倉(cāng)儲(chǔ)、港口裝卸等對(duì)運(yùn)行效率和安全性要求極高的場(chǎng)景中，已成為行業(yè)主流方案。

◎ 服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)的快速擴(kuò)張同樣推動(dòng)了激光雷達(dá)需求的增長(zhǎng)。酒店送餐、餐廳引導(dǎo)、商場(chǎng)巡檢等應(yīng)用要求機(jī)器人在動(dòng)態(tài)人群中安全高效地穿行，因此比工業(yè)機(jī)器人更依賴(lài)大視場(chǎng)角的實(shí)時(shí)感知能力。

半球型雷達(dá)通過(guò)水平360°、垂直超寬視場(chǎng)的組合，確保機(jī)器人無(wú)論朝向如何變化，都能在近距范圍內(nèi)獲取完整的空間信息，這對(duì)避免與顧客或移動(dòng)障礙物發(fā)生接觸至關(guān)重要。

在產(chǎn)業(yè)化路徑上，平臺(tái)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)成為降低成本、擴(kuò)大應(yīng)用覆蓋的關(guān)鍵策略。

通過(guò)統(tǒng)一硬件接口、數(shù)據(jù)輸出格式與驅(qū)動(dòng)協(xié)議，單一型號(hào)的激光雷達(dá)可以適配多種機(jī)器人平臺(tái)，減少因不同終端設(shè)備定制化而帶來(lái)的生產(chǎn)與研發(fā)成本。

同時(shí)，產(chǎn)能的穩(wěn)定擴(kuò)張保證了大規(guī)模出貨能力，使供應(yīng)商在市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)時(shí)能夠保持交付穩(wěn)定性和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。

目前，機(jī)器人用激光雷達(dá)的出貨量已達(dá)到數(shù)十萬(wàn)臺(tái)級(jí)別，其中半球型產(chǎn)品在多個(gè)子領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，并逐步形成市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

小結(jié)

激光雷達(dá)在機(jī)器人領(lǐng)域的快速普及，既是技術(shù)成熟的結(jié)果，也是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加速的體現(xiàn)。隨著成本下降、國(guó)產(chǎn)化推進(jìn)，它正在從“高端選配”走向“基礎(chǔ)標(biāo)配”。

更多機(jī)器人將擁有更強(qiáng)的感知與自主能力，也意味著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)會(huì)從單純的硬件性能比拼，轉(zhuǎn)向算法優(yōu)化、系統(tǒng)集成和應(yīng)用場(chǎng)景的深度適配。未來(lái)幾年，全向感知將成為機(jī)器人設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，而激光雷達(dá)，可能就是這場(chǎng)自主化與智能化競(jìng)賽中最穩(wěn)定的底層支撐。

       原文標(biāo)題 : 激光雷達(dá)和攝像頭，誰(shuí)會(huì)是機(jī)器人主要的“眼睛”？