近日，总部位于德国慕尼黑的高科技初创公司Toposens，已经推出了其首个基于超声波回声定位专利技术的移动机器人商业化Toposens 3D防撞系统。这代表了该公司经过七年多的研发和产品商业化后的一个重要里程碑。

为了满足工业环境中对移动机器人更高的安全性的需求，Toposens 3D超声波回声定位传感器Echo One和Toposens处理单元配备了用于3D防撞的精密过滤器，在与著名的移动机器人公司的真实工业场景中进行了严格的商业测试，现在已经上市。这种与领先的技术公司一起 "共同开发 "高科技产品的做法，确保了在开始批量部署时的最高性能水平。

检测无法检测到的东西

随着自动驾驶汽车行业的蓬勃发展，移动机器人，如自动叉车、AMR和AGV，正经历着指数级的增长水平，人类和机器的安全被保持在制造工作的最前列。市场已经意识到，三维防撞是必要的，因为强制性的二维安全激光雷达只能提供二维数据输出，不符合最高的安全需求。

由于其物理特性，其他三维传感器系统，如LiDAR或摄像头，在其感知能力方面有局限性，例如，当其环境中的光学条件不利或像叉车叉子这样的物体靠近地面时。因此，它们难以很好地检测物体，使它们成为不可靠和不充分的避免碰撞的解决方案。事实上，2022年工业事故的主要原因已被确定为视觉受阻，预计到2025年，在超过5万家正在配备移动机器人的工厂中，相关成本将达到25亿美元以上。另外，传统的一维超声波传感器不能提供可靠的三维防撞所需的数据，因为它只能测量简单的距离数据（=飞行时间），而Toposens三维防撞系统能够生成三维点云。

重新定义机器人的安全性

试图找到一种方法来弥补这些缺陷，并为市场提供一流的3D防撞系统，Toposens在过去几年中一直致力于开发其3D超声波回声定位传感器的商业版本，以满足可靠的移动机器人3D防撞的需求。

基于蝙蝠的回声定位原理，Toposens Echo One通过基于声音的三角测量与复杂的噪音过滤软件相结合，弥补了光学传感器的缺点。这反过来又为在完全可调的警告和停止区域内检测到的每个障碍物实时提供了强大的三维数据输出。更重要的是，这些区域可以被设置为动态跟踪移动机器人的左转或右转，并根据车辆的速度进行调整。

传感器将获得的数据（由三个麦克风感知的回声反射）以三维点云格式发送到Toposens处理单元，该处理单元配备了易于配置的先进三维防撞软件。

在那里，根据检测到的三维区域违规行为，Toposens处理单元向移动机器人的CPU触发 "减速 "或 "停止 "命令。当没有检测到区域违规时，移动机器人继续行驶。

蝙蝠视觉与坏视觉

"无论环境条件如何，能够可靠地、实时地检测多种难以检测的障碍物，使我们能够为客户提供下一级的机器人安全。"Toposens的首席执行官兼联合创始人Tobias Bahnemann说："我们的技术解决了光学传感器的缺点，如LiDAR，在不利的照明条件下或透明或镜像的物体表面，可能无法检测到地板上的物体，如叉车叉子。以三维方式接收数据输出，即以x、y和z坐标接收数据，保证了最可靠的三维防撞水平。“

"在生产之前，我们已经与知名公司在试点项目和实际的现实生活设置中共同开发和测试了我们的Toposens Echo One近两年。这使我们处于一个位置，我们现在可以为我们的客户提供一个最先进的、下一级别的机器人安全系统。由于现有的传感器解决方案中缺少3D防撞功能，由于未被发现的障碍物而导致的货物损坏，甚至是昂贵的生产停止，都会大大限制任何移动机器人系统的投资回报率。这突出了移动机器人使用一种不同的视觉技术 "看到 "他们的环境的必要性--我们称之为 "BAT VISION"，并且很高兴现在能够进入批量生产阶段。”

Toposens 成立于 2015 年，总部位于德国慕尼黑。该公司的故事始于创始人亚历山大·鲁多伊 (Alexander Rudoy) 试图开发一种使用电动机在水中独立移动的机器鱼玩具。为了避免与真鱼发生碰撞，亚历山大需要合适的传感器来实现定向。因为找不到，他为自己的高级超声波传感器创建了算法。

从那时起，Toposens 就建立并开发了第一个用于三维空间物体定位的超声波传感器。

世界上第一个也是唯一一个用于高级 3D 防撞的 3D 超声波传感技术的制造商，该技术基于回声定位的仿生原理，并且在机器人和汽车行业的各种应用中可集成和改装。

2021 年 10 月，总部位于德国慕尼黑的 Toposens GmbH 发布了 ECHO ONE DK，这是一款用于 3D 避碰的低功耗超声波回声定位传感器和开发套件。ECHO ONE DK 具有 IP67 防护等级，可在 20 cm 至 3 m 的超短工作范围内进行 3D 物体检测。它在超短距离内提供高达 180° 的宽视场，在 3 m 处提供高达 110° 的宽视场。ECHO ONE DK 还附带了 Toposens 传感器库 (C++)、ROS 实现包和跨平台的 Toposens 3D Visualizer。

许多不同的传感器和传感解决方案可供机器人和自主系统的开发人员用于感知、物体检测和避免碰撞等操作。示例包括激光雷达、雷达、相机和超声波传感器。每个传感器类（和子类）都有自己的优势、劣势和适用范围。超声波传感器使用脉冲、高频声波和飞行时间测量来确定到物体的距离，与其他传感系统相比，它们的优势在于它们可以检测物体，而不管其表面的构成和具有挑战性的条件。天气、反射等）。因此，传统的一维超声波传感器具有许多特性，使其适用于近距离物体检测和回避。然而，1D 超声波传感器的视野有限，无法检测 3D 空间中的物体。Toposens 的 ECHO ONE DK 解决方案提供了传统 1D 超声波传感器的优势（鲁棒性、可靠性、耐光性等），但提供了更大的传感覆盖范围，为 3D 感知提供了丰富可靠的数据。这使得 ECHO ONE DK 非常适合作为自主移动机器人 (AMR)、自主导引车 (AGV) 和其他类型的机器人系统的传感解决方案，其中 3D 空间中的感知对于安全和高效的操作是必要的。——丹·卡拉 为 3D 感知提供丰富可靠的数据。这使得 ECHO ONE DK 非常适合作为自主移动机器人 (AMR)、自主导引车 (AGV) 和其他类型的机器人系统的传感解决方案，其中 3D 空间中的感知对于安全和高效的操作是必要的。——丹·卡拉 为 3D 感知提供丰富可靠的数据。这使得 ECHO ONE DK 非常适合作为自主移动机器人 (AMR)、自主导引车 (AGV) 和其他类型的机器人系统的传感解决方案，其中 3D 空间中的感知对于安全和高效的操作是必要的。——丹·卡拉