2021年03月06日 | 量价难题待解决！ToF自主导航方案普及存疑

2021-03-06 来源：爱集微

机器人能否像人类一样行动敏捷，是产业发展的重要课题。对于一款自主移动机器人而言，导航能力将是其落地成功与否的关键要素。如同在障碍跑中，越障能力与速度同等重要。

以全球具有可观规模的扫地机器人为例。第一台扫地机的诞生可以追溯至1996年，迄今历史超过二十年，但前瞻产业研究院的数据显示，2019年扫地机器人的全球渗透率(扫地机器人市场规模/吸尘产品市场规模)仅有17%，两相对比相去甚远。

毫无疑问，这与扫地机明显的功能缺陷有关。市面上大部分产品智能化水平依然偏低，无法准确识别已/未清洁区域、避障能力也相对较差。而这些问题与机身上传感器密切相关。

机器慧“眼”

据悉，目前扫地机器人的主流市场上，普遍以采用1个SLAM模块，1个避障模块加上1个识别模块为主。

其中，SLAM定位系统被认为是自主移动机器人的核心技术，意为同时定位与地图创建，旨在通过传感器识别周围环境，并利用获取到的数据信息创建环境模型，从而为机器人提供路径规划。而无论是进行导航规划还是避障指引，感知周边环境信息都是第一步。

然而需要考虑到的是，环境中可能出现一些在构建地图时没有的障碍物，仅仅依赖SLAM技术将无法实现有效避障。目前扫地机器人存在的越障差、易跌撞被卡等问题，也基本是由于对外界环境判断不足，获取不到准确信息导致的。

进一步说，避障模块是机器人实现自主导航的一个基本要求，其也被视为机器之眼。

据了解，用于扫地机器人的避障传感器主要包括激光传感器、超声波传感器等。随着机器人产业向智能化方向升级、以及光电器件性能大幅度提高，基于CIS和ToF的避障方案开始逐渐打入中高端产品领域。

作为国内前沿的CMOS图像传感器芯片供应商，思特威已与无人机领域头部客户展开战略合作，产品已运用于其无人机的避障以及光流模组中。同时，思特威也与扫地机器人市场多家头部企业进行深度合作，相关产品已量产近一年，行业覆盖率超过50%。

另外，随着3D机器视觉系统应用越来越广，市场呈现规模化扩张的态势，ToF 3D传感器似乎也有望成为未来移动机器人避障的主流技术。

ToF（Time-of-Flight）顾名思义即飞行时间。由于算法相对简单，对于目标的景深、位置等指标的测量较为精确，因而其在精准定位与测距上具有绝对优势，能够帮助移动机器人实现精准避障和绕障。

因此在聚芯微看来，自主移动机器人如果采用SLAM技术路线，ToF作为避障传感器是较为合适的。尤其高端扫地机类似于小型的自动驾驶汽车，多传感器融合的解决方案是必然趋势，而其中ToF和主摄都不可缺少。

但事实是，市场上鲜见基于ToF方案的扫地机器人。

产业之“困”

据悉，目前应用在量产产品上的成像ToF主要以IToF（间接飞行时间）为主。不过理论上DToF（直接飞行时间）前景更为光明。苹果2020年的iPhone 12 Pro系列上也应用了3D DToF功能。

相较IToF，DToF不仅在测距距离上具备优势，对于多边界及多个物体的识别能力也表现出色。然而，DToF避障方案目前还面临一些问题，比如分辨率相对较低，且对于扫地机器人应用而言，基于DToF的解决方案目前还没有完全成熟。

（小米米家扫地机器人1T）

除此之外，眼下ToF若想在移动机器人领域占有一席之地，成本是最大的绊脚石。

根据聚芯微的分析，当前应用于移动机器人的ToF价格主要由量制约。观察市场，ToF除手机以外还没有出现规模化的应用。换句话说，一旦有量，ToF整个供应链的成本势必会降下来。

不过产业规模与成本的“相杀”已然钳制了ToF在移动机器人领域现阶段的爆发成长。“没有量成本降下不来，但通常只有成本降下来了才会有量，这大概是最现实的矛盾所在。”

值得一提的是，业界预期车载激光雷达有望成为ToF大规模应用的一个领域。根据ICVTank 发布的数据，全球车载激光雷达市场规模预计从 2019 年的 4 亿美元增长至 2025 年的 69 亿美元，复合年增长率达60.7%，中国车载激光雷达市场规模则有望从 2019 年的 4.5 亿元增长至 2025 年的 20.4 亿元，复合年增长率达28.6%。

但聚芯微认为，这一领域仍然需要时间去发酵。

自然也有不同观点认为，ToF采用CIS作为信号接收单元，意味着随着CIS的发展与普及，ToF传感器成本有较大的下降空间。但现在说似乎还太早。

当前，基于ToF的导航定位技术离真正实现商业化还有许多难题待解，但该项技术未来预计会在人工智能、自动驾驶、无人机及机器人避障、AR/VR等领域展示出巨大的增长潜力。

总结

以机器替代人力，是科技业对未来的美好展望。机器人从不可移动到能够灵活行动，则将是技术迭代与创新的必然成果。但就ToF 3D导航避障技术来说，其还需多借市场以机会。

与此同时聚芯微也强调，“ToF生态的构建需要整个行业共同完成。只有足够的人参与进来，才能让大众看到这样一项技术”。

ToF技术此前一直被欧洲少数公司垄断，国内厂商目前正处于紧追阶段。基于规模庞大的本地化资源支持，中国厂商对未来市场的影响将不可估量。

ToF

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