机器人气味传感器这家企业独占100+专利轻松解决无人车近距离探测难题

  自动驾驶系统是一个复杂且高度集成的体系，由感知层、传输层、决策层和执行层四个关键层级构成，这些层级相互协作，共同实现车辆的自动驾驶功能。

  感知层作为自动驾驶系统的基础，负责收集车辆周围环境的信息，相当于人类的眼睛和耳朵。它通过各种传感器来感知周围的世界，为后续的决策和控制提供数据支持。常用的感知器件包括摄像头、激光雷达、超声波雷达和毫米波雷达等。

  超声波雷达在自动驾驶系统中主要用于近距离障碍物的探测，其有效探测距离通常在几厘米到几米之间。目前，绝大多数自动驾驶车辆都依赖超声波雷达，且其在智能驾驶领域的应用最为广泛，例如智界S9全系车型、问界M9、埃安RT、小鹏P7+等均配备了12个超声波雷达。

  在低速无人驾驶领域，特别是在清洁环卫、安防巡检和末端配送等对人群、障碍物和目标检测有极高要求的场景中，超声波雷达发挥着重要作用。目前，为自动驾驶企业提供相关产品的公司包括导向视觉和雷博泰克等。其中，导向视觉经过七次技术迭代升级，已形成成熟的产品线和服务生态。

  专注于视觉导向和机器视觉技术的开发与应用，我们已为客户提供高可靠性的超声雷达产品达15年，并持续高效迭代。在超声技术领域，我们不断深耕，突破了多项技术瓶颈。例如，超声复杂编码抗干扰技术、超声波束角分段灵活编辑技术、超声“双雨刮”自清洁技术、超声3D点云识别与生成技术以及超声零盲区毫米级感知技术等。

  超声导向技术已从单一的测距功能发展到材料识别与三维立体识别。从超声传感器到信号处理，再到数据的智能转化与客户端的数据封装输出，导向技术已在超声传感器领域逐步构建起一个完整的超声生态系统。该生态系统涵盖了导向全系列的超声产品，旨在满足不同场景和功能的需求。

  从超声FOV的角度来看，导向超声已全面支持小FOV、大FOV、扁FOV以及自由编辑FOV等多种FOV模式；在精度方面，高低精度相结合，高精度型号可达到1mm的精度；在盲区方面，单探头和双探头均支持零盲区；在体积方面，最小可实现整机约一枚硬币大小，并具备防水防尘功能。

  超声波雷达产品现已迭代至第六代，并逐步推出了更加成熟的第七代。这些产品不仅支持整体波束角的编辑，还能根据客户的安装高度和避障需求，对每个分段进行独立调整。无需拆机即可在线调整波束角，适应各种安装高度的应用场景，无论是小型割草机还是大型无人矿卡，都能灵活适配。

  导向超声支持对障碍物进行位置锁定和大小识别，单个探头能够发现多个障碍物，并可避开首个障碍物以获取第二个障碍物的信息。多探头可同时进行探测，支持直接使用KS236-N探头返回N*3组数据，模拟N*3路探头的探测效果。这不仅弥补了深度摄像头和激光雷达在玻璃、灰尘及车体底部空间探测方面的不足，还实现了显著的成本优势。

  以KS236为例，12个探头不仅能够实现传统的12个防区，还能通过多探头同时探测，形成36个防区。当形成36个防区时，每个防区的批量成本仅需十余元，展现出显著的成本优势。

  KS206、KS216和KS236的最小可编辑角度为水平50°、竖直16°，最大可编辑角度为水平135°、竖直60°，几乎涵盖了所有应用场景的机器人。例如，对于高度仅为20~30cm的割草机或AGV，可以将KS206的2~4个探头的波束角设置为水平50°、竖直16°。对于清洁机器人，可以采用KS216的6~8个探头，将波束角设置为水平80°、竖直30°。

  对于矿山车、物流车和港口车辆，建议采用KS236的10~12探头，并将波束角设置为水平100°、竖直50°或更大。由于每个探头均可独立调整波束角，因此能够很好地适应机器人不同部位的探测视野要求。KS236整机具备防水功能，适用于越野、建筑、牧场、矿山以及暴雨等泥泞扬尘的环境，确保在各种恶劣条件下可靠工作。

  超声波的工作原理基于声波的发送与接收。在工作过程中，可能会遇到电源、电机、噪音和机械振动等干扰因素，这些干扰可能会影响超声波信号，导致信号失真或减弱，从而引起传感器误报或失效。

  为了确保超声波雷达在自动驾驶车辆中的作业效果，行业持续加大了抗干扰技术的研究力度。例如，在自体声波识别技术方面，某导向公司采用了自主研发的专利技术，通过综合随机编码对声波的振幅、频率、周期及周期差进行组合处理，从而更有效地避免干扰。该技术已申请多项中国和美国专利。

  通过使用随机编码矩阵，声波载体能够承载幅度信息和时间间隔等数据，以随机编码波形的形式进一步增强了超声波雷达的抗干扰能力。导向超声波能够在复杂环境中精确识别目标，并有效滤除干扰信号，从而提升雷达感知系统的可靠性。

  尽管超声波雷达在自动驾驶行业的关注度不及激光雷达和摄像头，但其对于自动驾驶车辆全面准确地感知外部环境仍至关重要。作为领先的超声波雷达供应商，导向公司的产品在低速无人驾驶领域应用广泛，年均出货量超过10万台套，尤其在无人环卫、无人配送和无人巡检等业务领域覆盖率较高。

  在进行安防巡检时，应确保所有安全措施得到有效执行。巡检人员需严格按照既定的巡检路线和标准操作程序进行，以确保所有关键区域和设备均得到全面检查。此外，巡检过程中应记录任何异常情况，并及时报告给相关部门，以便迅速采取必要的整改措施。定期的安防巡检不仅有助于预防潜在的安全隐患，还能提高整体的安全管理水平。

  电力行业是安防巡检机器人应用最为广泛的领域之一，主要应用场景包括变电站、输电线路和配电房等。然而，在这些场所中，电磁干扰是影响感知效果的重要因素之一。

  安防巡逻机器人需在人流量大、流动性强且环境复杂的场景中运行。在人群密集的场所，机器人必须准确识别障碍物并精准避障。然而，由于人群的复杂性和流动性，这一任务变得尤为困难。这些感知难点对传感器的性能提出了更高的要求。

  自2019年上市以来，公司推出的超声波雷达产品KS114已广泛应用于巡检机器人、电力机器人、轨道机器人和清洁机器人等多个领域。该产品在各种恶劣的户外环境中表现出色，无论面对风吹、日晒还是雨淋，均保持了零故障率的优异性能，赢得了极高的复购率。

  KS114系列还衍生出多款针对特殊环境的高性能产品，例如KS114N，即使在零下40℃的极寒低温环境中也能正常运行；KS114NE则具备抗电磁干扰能力，能够在临近电机布置的情况下保持稳定工作，其自体声波识别技术有效避免了大部分同频干扰。这些性能优势，使得巡检机器人在变电站、配电房等场所能够保持稳定且精准的环境感知。

  在清洁机器人领域，导向公司已与国邦清洁机器人、卡赫清洁机器人、智行者、赛特智能、高仙机器人和盈峰环境等企业保持长期合作关系。其中，与高仙机器人的合作已超过10年。

  2024年，在无人趋势的市场推动下，导向公司各大客户的采购量显著增加，与2023年相比，公司在清洁机器人领域的销量增长了40%。同时，公司还新增了多家优秀合作商，如浙江有鹿机器人、云洁、金皇冠、小黄蜂和科棒安等。

  除了在低速无人驾驶领域的各大典型应用场景外，公司在人形机器人领域也进行了深入的探索，并与银河通用机器人、星尘智能等企业建立了密切的合作关系。目前，部分客户的人形机器人导向超声雷达订单量已累计超过6000台。

  导向的机器视觉技术不依赖于激光或摄像头的光子感知，而是基于空气分子感知技术。空气分子的直径约为0.3纳米，能够有效感知固体和液体表面。通过驱动空气分子以特定频率振动，形成纵波穿透水雾或灰尘，对物体表面进行轰击并返回。接收返回的空气分子纵波集群，可以精确识别物体的形状、外观和尺寸。该技术具有不受水雾影响的优势，即使传感器表面积聚灰尘或泥浆，也不影响识别效果。

  与激光雷达、摄像头和毫米波雷达在近距离难以可靠识别透明物体相比，导向超声能够灵敏地探测到诸如水、玻璃和聚碳酸酯等高透明物体。通过不断改进驱动空气分子振动的基底材料和工艺，实现了超声换能片的零盲区激发和变频驱动，从而实现单头零盲区探测和更高阶的抗干扰效果。相关技术公司已提交100多项中美专利，其中大部分专利采用延迟公开策略，以确保技术的有效保护。

  导向技术不仅不满足于1毫米的精度，也不满足于仅能识别数百像素点或1元硬币大小的物体。与蝙蝠发出的超声波相比，导向技术在超声波的操控上仍存在显著差距。如上图所示，蝙蝠的喉部声带厚度仅为人类声带的1%，约50微米，频率范围在20-160千赫之间可变。凭借声带的高速回声定位，蝙蝠能够通过变频超声波实现对飞舞蚊虫的高效定位，不仅能够准确识别蚊虫的大小和种类，还能确定其飞翔方向。

  基于蝙蝠仿生学原理，我们参考蝙蝠声带结构，开发了超敏压电陶瓷片技术。该技术将超声波激发结构压缩至数十微米的厚度，并在其上叠层了至少三层复合材料。这种结构具备多种优异特性，如耐极寒低温、零盲区和可变频等。目前，其可变频率范围已覆盖20kHz至120kHz的广谱区间。

  耐老化性能非常卓越，即使在户外直面风吹日晒雨淋一年，性能依然稳定。经过10亿次老化测试后，其性能明显优于常规压电陶瓷片。常规压电陶瓷片在2亿次老化后，余振性能及灵敏度会增加20%以上。而导向超敏压电陶瓷片在10亿次老化测试后，余振及灵敏度无明显变化，表现出更出色的稳定性。目前，导向超敏压电陶瓷片技术已应用于部分第六代和第七代超声设备，实现了零盲区及广谱变频抗干扰等常规超声无法实现的功能。

  “持续为客户提供高可靠性的产品和真诚的服务，即使面临困难也要坚持不懈。”秉承这一核心企业文化，公司现已成功推出成熟的第六代超声产品。今年，公司推出的100%抗干扰的第七代超声产品，进一步拓展了超声技术的应用范围（详细迭代情况请参见前文附表）。

  为确保技术的高效迭代并满足客户需求，公司计划在今年同时推出超声成像级108像素点云KS308和324像素点云超声（KS338，FOV: 120H*40V）。这些3D高像素点云超声将支持客户在三维激光雷达或深度摄像头无法胜任的场景中进行迭代或补充，满足更高要求的作业需求。