科技创新——为机器人智造明亮眼睛

杨 丹

（深圳市欢创科技有限公司,深圳,518116）

0 引言

Camsense（深圳市欢创科技有限公司）是一家于2014年创办的高科技民营企业，自成立以来一直致力于高精度定位视觉传感器的研发，旨在为各类人工智能应用提供核心技术与产品支持。而其创始人兼CEO 周琨系清华大学精密仪器本科和图像处理与计算机视觉专业硕士，现在同时兼任清华大学深圳研究生院硕士导师，至今已在计算机视觉技术领域深耕17 年。

创办近7 年时间，Camsense 已拥有完全自主知识产权的核心算法以及芯片（申请32 项发明专利，已获得14 项授权，其中1 项美国专利授权），是国内首家拥有单目大空间亚毫米级定位精度能力的企业。目前已有产品线：专业级——高精度定位系统Camsense® M Pro、Camsense® S，消费级——激光雷达传感器Camsense® X1，产品被广泛应用于工业、医疗、机器人等领域。

1 高精度视觉定位传感器

近几年，由于中国产业的迅猛发展，包括亚州周边地区在内的产业配置正在逐步发生变化。从工业领域来说，特别是产品单价较低的商品，及价格竞争较激烈的商品在中国国内生产的比例越来越高，主要有电子部件生产、检测等；从医疗领域来看，外科手术也越来越注重微创化和精细化。

随着社会各个产业外部需求的不断变化，实则是对国内生产设备精度要求在提高，需要增加伺服控制精度的需求也越来越多，即高精度视觉定位技术的应用。

而纵观高精度视觉定位传感器行业的发展，其实早在30 年前，加拿大企业NDI 已经开始研究，并在国际上形成了垄断的格局，单就一套医疗手术导航系统，因其价格高昂就能为NDI 每年带来上亿美元的收入。同样也受困于价格原因，国内仅有少数公司或医疗机构能购买NDI 的设备。

相较于NDI，Camsense 算是行业的后来者，但凭借其清华科研背景以及数十件技术专利积累，公司不断攻克技术壁垒，正在打破老牌外国企业的垄断地位，实力打造出高性价比的进口替代产品，革新了中国空间定位技术标准，跻身成为国际一线技术队列的核心玩家。

针对上述行业的核心痛点，Camsense 团队利用多年在单目视觉空间定位的技术沉淀，在算法上进行创新，研发出了Camsense 专业线产品。

1.1 Camsense® M Pro 高精度定位系统

Camsense® M Pro 是一套实时视觉空间定位跟踪系统，采用阵列相机捕捉追踪器的信号源，可实现对室内大空间内的物体进行实时精确的运动追踪和位姿采集。该产品支持物体六自由度同步追踪（位置三坐标XYZ，以及空间极向UVW），能够掌握测试物体的位姿特性进行全方面路径追踪，经权威第三方检测机构——国家自动化装备质量监督检验中心鉴定，其追踪精度可达到0.5mm。

图1 Camsense® M Pro 高精度定位系统

Camsense® M Pro 在算法层面进行了创新，采用独家的State-Of-The-Art 多传感器融合技术，满足工业环境中专业性的关键性能及指标；高帧率的采样确保了系统在动态追踪过程中的精度，可达0.5mm 的位置准确性和0.1mm 的分辨率准确率，数据可靠且可重复。

图2 Camsense® M Pro 应用场景

Camsense® M Pro 主要应用于服务机器人、无人机、扫地机器人、导航迎宾机器人等方面的实时测量，可以帮助测试者完成位姿特性、路径追踪、轨迹重绘、覆盖侦测、导航优化、空间姿态等专业测试。其系统精度高且稳定可靠，能够帮助测试者快速优化完善产品，缩短产品研发周期。目前Camsense® M Pro 被广泛用于海尔、美的、360、华测机器人实验室等。

1.2 Camsense® S 可移动式高精度定位系统

Camsense® S 是Camsense 专为中国商用飞机有限责任公司研发的可移动式光学高精度定位系统，具有大空间、高精度定位能力的特点，主要用于机械臂自动加工技术中的校准和辅助导航。系统配备高性能CCD 光学传感器和高灵敏度定位器，通过自主研发的多传感器融合技术，可以在大空间范围实时跟踪机械臂末端六自由度状态。经过专业第三方检测机构——华测检测的三坐标测量仪，Camsense®S 可在大空间范围内达到空间定位精度0.1872mm、刚体定位精度0.1722mm。该成果居于国际领先水平。

图3 Camsense® S 可移动式高精度定位系统

Camsense® S 是基于Camsense® M Pro 产品基础上的深度研发，为满足用在商用飞机上增强稳定性和精度测量方面的要求。该产品既满足了飞机物理性的空间要求，也解决了距离增大、定位精度要求更高的实际问题，使其在大空间范围可实时跟踪机械臂末端6 自由度状态。

在以往，所有的精密零件测量定位系统都需要向国外厂商进行购买，国外垄断式的销售，使得技术引进更具门槛，机器成本更高。而欢创科技大空间亚毫米级别视觉空间定位技术，帮助飞机上的上万颗螺丝、每一颗都能精准定位的同时，成本也相当于国外进口产品的1/3。

目前，Camsense 还在继续投入该产品的研发，目的是使其可受益于国内更多行业及领域，如医疗手术导航、汽车制造、人体步态检测等。

2 智造激光雷达

当前，随着中美贸易摩擦的不断升级，知识产权作为国家发展的战略性资源和国际竞争力的核心要素，正逐渐成为全世界关注的焦点。而这对于中国企业而言，如何“走出去”，凭借的就是构建自身的具有竞争力的技术壁垒，形成自主知识产权保护。

Camsense 在激光雷达方面已申请超过十件的高价值专利，布局在中、欧、美、日4 个国家和地区，是业内唯一一家敢于为客户进行全球专利担保的企业。目前，Camsense的激光雷达产品主要应用于扫地机器人，如安克、360、联想、海尔等，出货量已数十万台。

纵观机器人行业发展，想要机器人达到“智能”的状态，其实需要三个核心技术：神经系统、感知网络、运动系统，它们考验的是机器人不同的能力。神经系统主要是判断机器人是否像人脑一样思考决策，这其中涉及到与人工智能相关的大数据技术；感知网络，需要的是各种传感器，比如视觉传感器、摄像头、激光雷达、毫米波雷达等；而运动系统，则需要借助雷达等技术。

图4 Camsense® X1 应用在扫地机器人中

这三个技术都非常关键，但感知网络长期以来一直被忽视和低估，直到最近几年，局面才得以改观：自动驾驶领域的蓬勃发展，带动了传感器的飞速发展。传感器可以发挥作用和优势，Camsense的产品也主要集中在这个领域。从感知来看，人类获取信息的来源是眼睛，机器人也不例外，因此机器人要看到世界，就要做到两件事：第一，自主移动，也就是自主导航；第二，学会避障，知道前面有什么障碍物并及时避开。

从2017 年起，为解决服务机器人的这两个痛点，行业出现了两种路线之争，一种认为机器视觉是主流，另一种认为激光雷达是主流。这两种流派各有千秋，但随着时间的推移，扫地机器人将配备更多的传感器，其中激光雷达是标配。激光雷达定位导航的效率非常高，用户体验非常好，测距非常精准，无论是白天还是黑夜都能够工作，在建模导航方面没有任何传感器能比得过它，由此可见激光雷达的市场占有率也会越来越高。

但激光雷达面临着两个问题：第一成本比较高，据数据统计，激光雷达产品占了服务机器人成本的20%甚至更多；第二，作为自主移动的核心零部件，需要在机器人的场景当中不断被运动碰撞，寿命和质量也是令人关注的问题。

图5 Camsense® C1 芯片

那么，如何把产品做到价格便宜、成本低又可以保证质量，这是行业必须面临的巨大挑战。Camsense 在看到这些问题后，2017 年开始自主研发芯片和适配服务机器人的激光雷达产品并致力于创新，于2018 年量产了搭载自研芯片Camsense® C1 的消费级激光雷达Camsense®X1。

Camsense® X1 采用的是面阵式消费级Sensor 芯片+自主研发图像处理ASIC 芯片的技术路线，即可以避免使用成本高昂的通用FPGA 芯片，同时还能提高量产过程中的组装难度，由此Camsense 成为市面上唯一一家大规模量产面阵式Sensor 测距产品的公司。

从技术创新层面来看，因为Camsense® X1 搭载了业界独创的面阵分区式图像处理算法，将一个面阵式区域自适应划分为多个不同的线性式感光子区域，其面阵消费级传感器垂直视野能达到30。-40。，帧率达到2000Hz 以上，不再拘泥于昂贵的线性式激光雷达传感器，可为下游客户节约40%的成本。

3 结语

近年来，我国机器人产业快速发展。随着人工智能时代的到来，在“机器人换人”大潮下，中国已连续两年坐上世界机器人最大消费国的宝座。据预测，到2020 年中国机器人市场规模将突破100 亿美元，2016-2020 年的平均增长率达到20.5%。Camsense 将通过技术创新、技术产业化为机器人行业发展贡献一份力量，促进机器人供应链端的技术升级，逐步实现用国产高端产品替代国外产品，令国产机器人产品更加智能。