核心觀點(diǎn)：
1.傳感器是智能裝備重要感官，其研發(fā)過程往往分為兩個(gè)階段：從技術(shù)創(chuàng)新到成本降低。
傳感器作為智能裝備的自主輸入裝置，相當(dāng)于人的各種感覺器官。智能裝備對(duì)于外界環(huán)境的感覺主要有視覺、位置覺、速度覺、力覺、觸覺等。智能傳感器是智能裝備獲取外界環(huán)境信息的窗口，其研發(fā)過程可以分為兩個(gè)階段：第一階段，探索需求，從未滿足的需求中誕生出新型傳感器；第二階段，為更貼合產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，研發(fā)焦點(diǎn) 向控制成本轉(zhuǎn)變。以3D激光雷達(dá)為例，已經(jīng)開始進(jìn)入第二階段，未來成本有望下降。
2. 智能裝備應(yīng)用傳感器具有三種趨勢(shì)：同類傳感器結(jié)合、多種傳感器組合、引用場(chǎng)景創(chuàng)新。
在傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備向智能化、信息化方向演進(jìn)的過程中，傳感器扮演發(fā)揮了感知外部信息的作用，其應(yīng)用過程呈現(xiàn)三大趨勢(shì)。一、同類傳感器疊加，單一功能上的縱向深度結(jié)合。這 種情況下傳感器之間在功能上有主導(dǎo)和輔助之分，先進(jìn)傳感器往往發(fā)揮著縱深作用，負(fù)責(zé)核心功能的實(shí)現(xiàn)。以無人駕駛汽車為例，3D激光雷達(dá)在感知系統(tǒng)中起主導(dǎo) 作用。由于無人駕駛的高安全性需求，其感知系統(tǒng)需要多種傳感器形成相互配合的冗余結(jié)構(gòu)，3D激光雷達(dá)在感知系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用，是無人車測(cè)距三重保障中 的第一重。3D激光雷達(dá)的效果和成本牽動(dòng)著無人駕駛汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。二、多種傳感器搭配，多種功能上的橫向廣度組合。每種硬件需要完成獨(dú)立的功能模塊，因此后臺(tái)系統(tǒng)和算法實(shí)現(xiàn)更加重要。以Pepper機(jī)器人為例，人工智能算法是其核心技術(shù)。Pepper機(jī)器人使用了多種傳感器，各種硬件在功能上并無主次，技術(shù)核心是識(shí)別表情、語言的人工智能算法。三、新型傳感器應(yīng)用于傳統(tǒng)設(shè)備，硬件升級(jí)萌發(fā)新生命力。傳感器與傳統(tǒng)設(shè)備結(jié)合后發(fā)展出新的應(yīng)用場(chǎng)景，帶來硬件組合的升級(jí)。以掃地機(jī)器人為例， 2D激光雷達(dá)應(yīng)用于掃地機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了激光導(dǎo)航式的路徑規(guī)劃，此類產(chǎn)品效果與其傳統(tǒng)掃地機(jī)在使用上有著顯著的優(yōu)勢(shì)，帶來了應(yīng)用場(chǎng)景上的擴(kuò)展和工作效率上的升級(jí)。
投資建議：傳感器作為智能裝備感知外部環(huán)境信息的自主輸入裝置，對(duì)智能裝備的應(yīng)用起著技術(shù)牽引和場(chǎng)景升級(jí)的作用，并將在產(chǎn)業(yè)化浪潮中優(yōu)先受益。我們建議關(guān)注在無人駕駛汽車、服務(wù)機(jī)器人等智能裝備的商業(yè)化進(jìn)程中扮演關(guān)鍵角色，且具有良好技術(shù)基礎(chǔ)的硬件設(shè)備企業(yè)。
風(fēng)險(xiǎn)提示：先進(jìn)傳感器技術(shù)突破低于預(yù)期；先進(jìn)傳感器產(chǎn)業(yè)化低于預(yù)期；高成本傳感器成本下降空間具有不確定性。
一、傳感器
1傳感器的分類與發(fā)展歷程
傳 感器指能夠感受規(guī)定的物理量并按一定的規(guī)律（數(shù)學(xué)函數(shù)法則）轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器是設(shè)備感受外界環(huán)境的重要硬件，決定了裝備與外界環(huán)境 交互的能力，是設(shè)備智能化的硬件基礎(chǔ)，尤其在很多智能設(shè)備中，傳感器決定著設(shè)備的核心能力。一個(gè)典型的傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和調(diào)理電路組成。敏感元 件用于直接感受被測(cè)量，轉(zhuǎn)換元件用于轉(zhuǎn)化為電量參數(shù)。
傳感器用途廣泛、種類繁多。按照測(cè)量對(duì)象可以將傳感器分為檢測(cè)光、放射線、聲信號(hào)、磁信號(hào)、力、位置信息、溫度、濕度、溶液流量流速等類型的傳感器。每一種檢測(cè)同樣對(duì)象的傳感器又有多種應(yīng)用和不同的實(shí)現(xiàn)路徑。具體可見如下這張圖。
傳感器的發(fā)展大體可分三個(gè)階段：第一階段是20世紀(jì)50年代伊始，結(jié)構(gòu)型傳感器出現(xiàn)，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。第二階段是20世紀(jì)70年代開始，固體型傳感器逐漸發(fā)展起來，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成。如：利用材料的熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器等。第三階段是20世紀(jì)末開始，智能型傳感器出現(xiàn)并得到快速發(fā)展。智能型傳感器是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，使傳感器具有人工智能的特性。
目前，國(guó)內(nèi)傳感器技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的重點(diǎn)在材料、結(jié)構(gòu)和性能改進(jìn)3個(gè)方面：敏感材料從液態(tài)向半固態(tài)、固態(tài)方向發(fā)展；結(jié)構(gòu)向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展；性能向檢測(cè)量程寬、檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)久方向發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)傳感技術(shù)又提出了新的要求，產(chǎn)品正逐漸向MEMS技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、紅外技術(shù)、新材料技術(shù)、納米技術(shù)、陶瓷技術(shù)、薄膜技術(shù)、光纖技術(shù)、激光技術(shù)、復(fù)合傳感器技術(shù)、多學(xué)科交叉融合的方向發(fā)展。
2、傳感器在國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)情況
目前，傳感器的四大應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)、汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品等。其中，在國(guó)內(nèi)，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品用傳感器占比約42%左右，而發(fā)展最快的是汽車電子和通信電子應(yīng)用市場(chǎng)。此外，醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、油氣管道、智能電網(wǎng)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用將成為新熱點(diǎn)，有望在未來創(chuàng)造更多的市場(chǎng)需求。
近年來，國(guó)內(nèi)傳感器市場(chǎng)持續(xù)快速增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)速度超過20%，2011年傳感器市場(chǎng)規(guī)模為480億元，2012年達(dá)到513億元，2013年則超過640億元。
我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)已由仿制、引進(jìn)逐步走向自主設(shè)計(jì)、創(chuàng)新發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)傳感器及芯片廠商快速發(fā)展，基本掌握了中低端傳感器研發(fā)的技術(shù)，并向高端領(lǐng)域拓展，產(chǎn)生了包括華工科技、大立科技、歌爾聲學(xué)、瑞聲聲學(xué)、廣陸數(shù)測(cè)、漢威電子、航天機(jī)電、美新半導(dǎo)體、中航電測(cè)、格科微電子、昆侖海岸、青鳥元芯、華潤(rùn)半導(dǎo)體等一批傳感器龍頭企業(yè)，已開始在中高端傳感器上取得一定進(jìn)展。
國(guó)際市場(chǎng)方面，目前全世界約40個(gè)國(guó)家從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用開發(fā)，研發(fā)機(jī)構(gòu)6000 余家。其中美、日、德等國(guó)家實(shí)力較強(qiáng)，產(chǎn)品門類繁多，各種產(chǎn)品累計(jì)2萬余種。全球著名的公司包括美國(guó)霍尼韋爾公司、?？怂共_公司、美國(guó)恩德?？斯?，荷蘭飛利浦公司，德國(guó)英飛凌公司，英國(guó)Bell&Howell公司等。
醫(yī)療機(jī)器人作為一種特殊的新興科技產(chǎn)品，醫(yī)療機(jī)器人超越了傳統(tǒng)意義上的醫(yī)療裝備范疇，該市場(chǎng)由產(chǎn)品效果和剛性需求共同推動(dòng)。市場(chǎng)對(duì)價(jià)格、營(yíng)銷手段等因素敏感性較低，而對(duì)機(jī)器人的治療、恢復(fù)、使用效果敏感性極高，這些效果直接決定了產(chǎn)品的受歡迎程度。
二、智能裝備上的傳感器概覽
1智能傳感器是智能裝備感知外界重要輸入
智能裝備能夠感知外界環(huán)境，自主分析判斷并制定決策，并實(shí)現(xiàn)自主反饋或行動(dòng)。上述功能的實(shí)現(xiàn)總體上通過三個(gè)功能系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)：輸入系統(tǒng)、計(jì)算系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)。
一 般而言，智能裝備的輸入系統(tǒng)有兩個(gè)來源：一個(gè)是人工輸入的設(shè)置參數(shù)，一個(gè)是通過自身的傳感器感知外界環(huán)境獲得的信息。人工輸入的參數(shù)反映著使用者基于自身 使用目的和預(yù)期，對(duì)于智能設(shè)備的設(shè)置；傳感器輸入的數(shù)據(jù)反映著智能設(shè)備通過感知外界環(huán)境獲得的有利于設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的信息。因此，傳感器是智能設(shè)備除人工干預(yù)以 外的唯一輸入，也是智能設(shè)備能夠自主獲得信息、自主判斷、自主行動(dòng)的基礎(chǔ)。
2智能傳感器讓智能裝備擁有多種感覺
傳感器作為智能裝備唯一的自主式輸入，相當(dāng)于智能裝備、機(jī)器人的各種感覺器官，智能裝備對(duì)于外界環(huán)境的感覺主要有視覺、位置覺、速度覺、力覺、觸覺等。
視覺是智能裝備最常用的輸入系統(tǒng)，并可以分為兩大類：一是直觀的視覺，數(shù)據(jù)類型是像素組成的圖片，典型的應(yīng)用如機(jī)器視覺、物體識(shí)別等，此類傳感器有高速相機(jī)、攝像機(jī)等；二是環(huán)境模型式的視覺，數(shù)據(jù)類型是點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)成的空間模型，典型的應(yīng)用是空間建模，此類傳感器有3D激光雷達(dá)、激光掃描儀等。
位置覺是指通過感知周圍物體與自身的距離，從而判斷自身所處的環(huán)境位置，此類傳感器有激光測(cè)距儀、2D激光雷達(dá)、磁力計(jì)（判斷方向）、毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器等。
速度覺是指智能裝備對(duì)于自身運(yùn)行的速度、加速度、角速度等信息的掌握，此類傳感器有速度編碼器、加速感應(yīng)器、陀螺儀等。
力覺在智能裝備中用以感知外部接觸物體或內(nèi)部機(jī)械機(jī)構(gòu)的力，典型的應(yīng)用如裝在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器上的力傳感器，用來實(shí)現(xiàn)力反饋；裝在機(jī)械手臂末端和機(jī)器人最后一個(gè)關(guān)節(jié)之間的力傳感器，用來檢測(cè)物體施加的力等。
觸覺在智能裝備中可以進(jìn)一步分為接觸覺、壓覺、滑覺，此類傳感器有光學(xué)式觸覺傳感器、壓阻式陣列觸覺傳感器、滑覺傳感器等，其中滑覺傳感器是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人抓握功能的必備條件。
除以上五種人體感覺以外，一些物理傳感器還具有超越人體的感覺，比如生物傳感器可以測(cè)量血壓、體溫等，環(huán)境傳感器可以測(cè)量溫濕度、空氣粉塵顆粒物含量、紫外線光照強(qiáng)度等。這些超越人體感官的傳感器如今被可穿戴設(shè)備搭配起來，可穿戴設(shè)備從而被賦予了擴(kuò)充人體感官的功能。
三、傳感器研發(fā)趨勢(shì)
隨著微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、激光技術(shù)、高科技材料等的技術(shù)進(jìn)步，傳感器的研發(fā)呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，有的利用生物材料模擬人類皮膚，創(chuàng)新傳感器的觸覺；有的利用MEMS技術(shù)研發(fā)微型智能化傳感器，從而有利于復(fù)雜系統(tǒng)的集成；有的利用高精度的激光技術(shù)創(chuàng)造激光雷達(dá)，從而利于系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知周邊障礙物與環(huán)境等等。
然 而總體而言，傳感器的研發(fā)過程呈現(xiàn)兩階段的趨勢(shì)：一、技術(shù)創(chuàng)新，根據(jù)未能滿足的需求開發(fā)新產(chǎn)品。在第一階段中，傳感器研發(fā)創(chuàng)新的方向源于智能裝備、創(chuàng)新設(shè) 備的需求，研發(fā)人員根據(jù)使用需求，創(chuàng)新出新型傳感器。二、成本降低，應(yīng)用落地，產(chǎn)品逐步切合產(chǎn)業(yè)化需求。在第二階段中，在研發(fā)創(chuàng)新的過程中，為了滿足人們 對(duì)于智能裝備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的需求，研究人員從對(duì)技術(shù)開發(fā)的關(guān)注轉(zhuǎn)為對(duì)成本下降的關(guān)注，以實(shí)現(xiàn)傳感器大規(guī)模生產(chǎn)，智能裝備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的愿景。
3D激光雷達(dá)就是這樣一種從功能創(chuàng)新中誕生，又開始進(jìn)入商業(yè)化開發(fā)的傳感器。下面以激光雷達(dá)為例，梳理傳感器典型的發(fā)展趨勢(shì)。
1研發(fā)趨勢(shì)一：技術(shù)向高階延展
3D激光雷達(dá)的出現(xiàn)是為了滿足系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)空間感知的需求而出現(xiàn)的，無人駕駛汽車、無人機(jī)等自主移動(dòng)式機(jī)器人出于空間識(shí)別、自主避障、規(guī)劃路線的目的，需要一個(gè)傳感器能夠?qū)崟r(shí)對(duì)于周邊環(huán)境進(jìn)行掃描，從而獲知周邊障礙物和道路的距離信息，由此3D激光雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。
3D激光雷達(dá)的研發(fā)過程本質(zhì)上是激光測(cè)距技術(shù)的升維，和實(shí)現(xiàn)的需求逐步升級(jí)的過程，激光測(cè)距技術(shù)是3D激光雷達(dá)的基礎(chǔ)。最早激光測(cè)距儀的出現(xiàn)，解決了點(diǎn)到點(diǎn)一維距離測(cè)量的需求；然后2D激光雷達(dá)的出現(xiàn)，解決了在一個(gè)扇形平面內(nèi)感知接近物體的需求，測(cè)量的是平面內(nèi)的距離；如今3D激光雷達(dá)，通過高速變化激光投射角度，對(duì)周邊環(huán)境實(shí)時(shí)掃描獲取距離信息，解決了在三維空間內(nèi)的障礙物和環(huán)境識(shí)別需求，測(cè)量的是三維空間內(nèi)的距離。
3D激光雷達(dá)應(yīng)用最熱門的領(lǐng)域莫過于無人駕駛汽車，以3D激光雷達(dá)為主導(dǎo)的無人駕駛感知系統(tǒng)是當(dāng)今無人駕駛領(lǐng)域采取的主流技術(shù)路線，但是3D激光雷達(dá)的成本一直是此技術(shù)路線的痛點(diǎn)。以生產(chǎn)3D激光雷達(dá)最為知名的Velodyne公司的產(chǎn)品為例，三款產(chǎn)品按性能最高到底的售價(jià)分別為8萬美元、2萬美元、8千美元。在無人駕駛汽車研發(fā)測(cè)試階段，包括谷歌、百度在內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)一直采用8萬美元的版本進(jìn)行測(cè)試，據(jù)了解，谷歌無人駕駛汽車的總成本約為30多萬美元，而該款64線型的3D激光雷達(dá)HDL-64占整車成本的25%。
2、研發(fā)趨勢(shì)二：成本隨應(yīng)用降低
經(jīng)過了研發(fā)第一階段技術(shù)創(chuàng)新以后，成本過高是以3D激光雷達(dá)為主的無人駕駛感知系統(tǒng)的主要問題，傳感器生產(chǎn)公司對(duì)于激光雷達(dá)研發(fā)的關(guān)注點(diǎn)從功能增強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀究刂?，由此進(jìn)入了研發(fā)第二階段：降低成本以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
在素有電子消費(fèi)領(lǐng)域科技風(fēng)向標(biāo)之稱的2016CES大會(huì)上，激光雷達(dá)科技企業(yè)Velodyne和Quanergy都展出了新型3D激光雷達(dá)。Velodyne的Puck Auto和Quanergy的S3與之前相比都是小型化的改良產(chǎn)品。
Velodyne公司的Puck Auto采用32線激光，掃描范圍達(dá)200米，可以認(rèn)為是VLP-16的加強(qiáng)版，相比于VLP-16更加切合于無人駕駛汽車的使用需求，相比于另外兩款產(chǎn)品價(jià)格成本更低。該公司已與福特公司達(dá)成合作意向，未來福特公司的無人駕駛汽車Fusion將配置2臺(tái)Puck Auto，并且Velodyne公司負(fù)責(zé)人稱他們將進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本，目標(biāo)控制在1000美元以下。
Quanergy公司的S3是與德爾福公司合作開發(fā)的固態(tài)激光雷達(dá)，采用8線激光，內(nèi)部無旋轉(zhuǎn)部件，可集成于整車內(nèi)。在此前的報(bào)道中，Quanergy公司的CTO表示每臺(tái)S3成本在200美元。價(jià)格極低的原因在于產(chǎn)品的配置，8線、固態(tài)這兩個(gè)特性決定了成本的有效控制。固態(tài)意味著不能360度轉(zhuǎn)動(dòng)，只能探測(cè)前方，但探測(cè)范圍的不足，可以用數(shù)量來彌補(bǔ)，在車身四角布置四臺(tái)或六臺(tái)S3，是德爾福無人駕駛汽車所探索的方案。
通過這兩個(gè)美國(guó)科技企業(yè)在2016CES上發(fā)布的新產(chǎn)品，我們可以得知激光雷達(dá)的技術(shù)特性正逐步切合無人駕駛領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化需求，去除測(cè)試階段的冗余硬件配置后，成本有望大幅降低。
四、傳感器應(yīng)用趨勢(shì)：同類結(jié)合、多種組合、場(chǎng)景創(chuàng)新
傳感器作為智能裝備除人工設(shè)置參數(shù)以外的唯一輸入，其重要性不言而喻。傳感器感知外界環(huán)境的能力，決定了智能裝備信息輸入的準(zhǔn)確性和豐富性。對(duì)于傳感器的有效應(yīng)用的創(chuàng)新，往往也是智能裝備功能創(chuàng)新的基礎(chǔ)。智能裝備對(duì)于傳感器的創(chuàng)新應(yīng)用主要有以下三種趨勢(shì)：
1.同類傳感器結(jié)合使用，單一功能上的縱向深度結(jié)合
這種情況下，系統(tǒng)在單一功能上往往有著極高的需求，為滿足系統(tǒng)在單一功能上的高復(fù)雜需求，同類傳感器有機(jī)結(jié)合，形成的冗余結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)在該功能上的安全性。如無人駕駛汽車的感知系統(tǒng)，多種視覺、位置覺傳感器的有機(jī)結(jié)合，形成了相互補(bǔ)充的冗余結(jié)構(gòu)，從而保證了系統(tǒng)能夠正確、高效地實(shí)時(shí)感知外界環(huán)境，做出正確駕駛決策。
此時(shí)，傳感器之間在功能上往往有著主導(dǎo)和輔助的區(qū)別和聯(lián)系，起主導(dǎo)作用的傳感器是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)壁壘。
2.多種傳感器組合使用，多種功能上的橫向廣度組合
為滿足系統(tǒng)多類型、多層次的輸入輸出需求，多種類型的傳感器創(chuàng)新組合，形成智能裝備的多種感覺，根據(jù)多種感覺形成智能反饋。如情感交互性機(jī)器人Pepper以及其他陪護(hù)型、早教型機(jī)器人等，多種感官的組合形成了視覺、位置覺、聽覺等情感感知系統(tǒng)，再通過內(nèi)部的人工智能算法形成智能反饋。
此時(shí)，硬件之間不存在主次之分，系統(tǒng)和算法芯片也同樣發(fā)揮重要作用。
3.新型傳感器應(yīng)用于傳統(tǒng)設(shè)備，賦予設(shè)備智能化的生命力
新型智能傳感器應(yīng)用于傳統(tǒng)設(shè)備，賦予傳統(tǒng)設(shè)備感覺，從而升級(jí)為智能設(shè)備。如激光雷達(dá)與掃地機(jī)器人的結(jié)合，形成了路徑規(guī)劃式的掃地機(jī)器人；血壓傳感器、心率傳感器、位置傳感器和手表、手環(huán)的結(jié)合，形成了集各種健康監(jiān)控功能于一身的可穿戴式設(shè)備等。
這種情況下，由于傳統(tǒng)設(shè)備本身具備需求，因此是主要一種存量市場(chǎng)的滲透替換現(xiàn)象，而新型傳感器應(yīng)用帶來的效果改進(jìn)具有明顯的消費(fèi)者基礎(chǔ)。
下面我們分別以無人駕駛汽車的感知系統(tǒng)、Pepper機(jī)器人、掃地機(jī)器人為例，梳理傳感器應(yīng)用的趨勢(shì)。
1應(yīng)用趨勢(shì)一：同類傳感器疊加，單一功能上的縱向深度組合
以搭載大量傳感器的無人駕駛汽車為例。無人駕駛汽車通過感知系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主識(shí)別障礙物、道路、交通信號(hào)，該系統(tǒng)是機(jī)器取代駕駛員的關(guān)鍵。該系統(tǒng)主要由各種視覺位置覺傳感器結(jié)合而成，同種類型的不同傳感器彼此輔助、彌補(bǔ)，形成多重安全保障，保證了系統(tǒng)的高安全性。
一臺(tái)能夠自主駕駛的無人駕駛汽車具備以下傳感器：
（1）測(cè)距第一重保障：安裝在車頂?shù)?D激光雷達(dá)，可以主動(dòng)構(gòu)建周邊環(huán)境的空間模型。谷歌無人駕駛汽車裝載了Velodyne公司的激光雷達(dá)傳感器，能計(jì)算出200 米范圍內(nèi)物體的距離，并借此創(chuàng)建出三維環(huán)境圖形。可以認(rèn)為，激光雷達(dá)傳感器是谷歌無人車的視覺系統(tǒng)，是無人駕駛系統(tǒng)主要的信息輸入來源。
（2）測(cè)距第二重保障：安裝在前后保險(xiǎn)杠的毫米波雷達(dá)，不受天氣光照影響，是行駛安全的第二重有力保障。谷歌無人駕駛汽車的前后保險(xiǎn)杠上面一共安裝了四個(gè)毫米波雷達(dá)，這是自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的一部分，可以保證谷歌的無人駕駛汽車在道路行駛時(shí)處在安全的跟車距離上，按照谷歌的設(shè)計(jì)，其無人車需要和前車保持 2-4 秒的安全反應(yīng)距離，具體設(shè)置根據(jù)車速變化。從而能最大限度地保證乘客的安全。
目前，標(biāo)準(zhǔn)車載雷達(dá)多采用毫米波雷達(dá)，其他也有采用紅外線雷達(dá)的情況。但是毫米波雷達(dá)和紅外雷達(dá)的共同缺點(diǎn)是對(duì)于行人的反射效果極弱，因此只能應(yīng)用于保持前后車距，作為3D激光雷達(dá)的輔助。
（3）測(cè)距第三重保障：超聲波雷達(dá)，測(cè)距穩(wěn)定性最佳，但距離最近，是行駛安全的第三重保障。超聲波傳感器就是普通汽車上的倒車?yán)走_(dá)，因其測(cè)距穩(wěn)定性極佳，不受光照、天氣的影響，且能檢測(cè)出不分質(zhì)地的障礙物的特點(diǎn)被廣泛使用，但其受測(cè)量距離的限制，只能測(cè)量10米內(nèi)的物體。
（4）物體識(shí)別：前置攝像機(jī)，可以清晰有效辨別事物。車頭上安裝的攝像機(jī)可以更好地幫助汽車識(shí)別眼前的物體，包括行人、其他車輛等等。這個(gè)相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)識(shí)別交通標(biāo)志和信號(hào)，以及各種的限速、單行道、雙行道和人行道標(biāo)示等等
（5）車身定位：高精度GPS，規(guī)劃路線。無人駕駛汽車充分利用GPS 技術(shù)定位自己的位置，然后利用谷歌地圖，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的路徑規(guī)劃。但是，由于天氣等因素的影響，GPS 的精度一般在幾米的量級(jí)上，并不能達(dá)到足夠的精準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)定位的準(zhǔn)確，谷歌需要將定位數(shù)據(jù)和前面收集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，車子不斷前進(jìn)，車內(nèi)的實(shí)時(shí)地圖也會(huì)根據(jù)新情況進(jìn)行更新，從而顯示更加精確的地圖。
（6）車身狀態(tài)監(jiān)控：安裝在車輪的轉(zhuǎn)速編碼器和加速度傳感器，獲取車輛自身的速度方向信息。用來采集車輪的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，以獲取無人駕駛汽車的時(shí)速、車輪轉(zhuǎn)速、角速度以及慣性等自身速度信息。
需要指出的是，任何單一設(shè)備都無法完全解決無人駕駛汽車的輸入感知問題，必須是多設(shè)備的密切配合，而同時(shí)對(duì)多信息來源（包括地理信息系統(tǒng)/高精度GPS）進(jìn)行處理，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人工智能提出更高的挑戰(zhàn)。
2應(yīng)用趨勢(shì)二：多種傳感器搭配，多種功能上的橫向廣度組合
多種傳感器的組合應(yīng)用形成的產(chǎn)品創(chuàng)新是最為常見的傳感器應(yīng)用趨勢(shì)，功能的創(chuàng)新和組合在未來也將催生多種形式的新型智能裝備，尤其在家庭應(yīng)用、社會(huì)服務(wù)、公共服務(wù)等領(lǐng)域。以日本軟銀集團(tuán)研發(fā)的情感交互型機(jī)器人Pepper為案例，該機(jī)器人就是一種典型的多種傳感器組合使用的產(chǎn)品，Pepper配備了多種傳感器以實(shí)現(xiàn)視覺（攝像頭、紅外傳感器）、位置覺（激光測(cè)距儀）、聽覺（麥克風(fēng)）、觸覺（接觸覺傳感器、滑覺傳感器）等感覺，并配備了特制顯示屏以實(shí)現(xiàn)面部表情和心情的表達(dá)，構(gòu)造了機(jī)械手臂以實(shí)現(xiàn)肢體語言等等。
Pepper機(jī)器人的主要傳感器有：
（1）位于頭部和嘴巴的攝像頭，用來識(shí)別物體和記錄影像；
（2）位于雙眼的激光發(fā)射器和激光接收器，用來測(cè)量目標(biāo)物體與自己的距離；
（3）位于頭部的紅外線傳感器，用來識(shí)別人的面部輪廓，從而進(jìn)行人類情緒的判斷；
（4）位于手部的接觸覺傳感器、滑覺傳感器，用來實(shí)現(xiàn)物體抓握等功能；
（5）其他，例如麥克風(fēng)和用來輔助機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)的力學(xué)傳感器等。
Pepper機(jī)器人的傳感器之間并不存在主次的關(guān)系，各種硬件平等地服務(wù)于整體系統(tǒng)。其人類情感識(shí)別系統(tǒng)、語音判斷與反饋的人工智能系統(tǒng)是決定產(chǎn)品高下的關(guān)鍵性技術(shù)。
除此以外，近期引起市場(chǎng)關(guān)注的大狗機(jī)器人也是運(yùn)用多種傳感器組合的案例。BigDog機(jī)器人是由美國(guó)知名軍用機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)波士頓動(dòng)力研發(fā)的越野型機(jī)器人。它的外形像一條大狗，能夠完成走、跑、爬并搬運(yùn)重物等工作。BigDog的四條腿可以吸收沖擊以回收能量，其獨(dú)特之處在于精妙的力學(xué)設(shè)計(jì)和各種傳感器的應(yīng)用使得BigDog擁有超高的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性，能在路況糟糕的野外、山地流暢地行進(jìn)，并且在受到諸如沖撞、腳踢等外力沖擊時(shí)能夠做出反應(yīng)防止跌倒。其中構(gòu)成本體感覺模塊的傳感器有4種：線性電位器，用來測(cè)量BigDog機(jī)器人關(guān)節(jié)的移位，以判斷關(guān)節(jié)部位受力方向的變化；力傳感器，用來測(cè)量執(zhí)行器、腳踝部位所承受的力，結(jié)合線性電位器用來保持身體的力平衡；電流傳感器，用來測(cè)量伺服電機(jī)是否提供了正確的電流；陀螺儀，用來測(cè)量機(jī)器人本體的角速度、線性加速度。所有這些傳感器的信息綜合起來，用來維持機(jī)器人本體的受力平衡。構(gòu)成外部感知模塊的傳感器有2種：立體攝像頭，用來感知地面傾斜度，已調(diào)整受力平衡，還可以用來識(shí)別障礙物以進(jìn)行躲避；激光雷達(dá)，用來定位引導(dǎo)員，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障式跟蹤。
3應(yīng)用趨勢(shì)三：新型傳感器應(yīng)用于傳統(tǒng)設(shè)備，場(chǎng)景創(chuàng)新萌發(fā)生命力
新型傳感器應(yīng)用于傳統(tǒng)設(shè)備是一種場(chǎng)景創(chuàng)新，最典型的案例如出貨量處在爆發(fā)期的掃地機(jī)器人。掃地機(jī)器人有隨機(jī)碰撞式和路徑規(guī)劃式兩種，長(zhǎng)期來看，路徑規(guī)劃式掃地機(jī)器人由于其清潔效率高、脫困能力強(qiáng)、方便快捷等特點(diǎn)將逐步取代隨機(jī)碰撞式機(jī)器人。路徑規(guī)劃式掃地機(jī)器人中，又有三種不同技術(shù)路線：GPS技術(shù)、視覺技術(shù)、激光技術(shù)。
GPS技術(shù)使掃地機(jī)器人清楚自身所處的房間內(nèi)的位置，有效避免了重復(fù)清理，提高了清潔效率，但是不能躲避障礙物，因此對(duì)于障礙物的探測(cè)還是采用碰撞式。此類掃地機(jī)器人如iRobot的Braava系列、Proscenic的Pro-JOJO系列等。
采用視覺技術(shù)的掃地機(jī)器人主要由iRobot掌握，采用VSLAM視覺定位技術(shù)，通過攝像頭拍攝的圖像進(jìn)行定位算法處理。
激光技術(shù)是指掃地機(jī)器人配置旋轉(zhuǎn)式的激光測(cè)距傳感器（2D激光雷達(dá)），快速獲取與周邊障礙物的距離，通過不同的算法進(jìn)行障礙物識(shí)別、位置判斷與路徑規(guī)劃。
我們認(rèn)為激光導(dǎo)航的掃地機(jī)器人由于其相對(duì)成本較低、使用效果好，是路徑規(guī)劃式機(jī)器人未來的主要技術(shù)路線。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)激光導(dǎo)航的掃地機(jī)器人主要有三家：
（1）Neato的XV系列和Botvac D系列
Neato運(yùn)用的技術(shù)叫做RPS激光測(cè)距系統(tǒng)。在掃地機(jī)機(jī)器人的頂端設(shè)置有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的激光發(fā)射頭和配套接收器，通過發(fā)射激光掃描自身到邊界每個(gè)點(diǎn)的距離，每秒能夠?qū)χ車h(huán)境進(jìn)行五次掃描，從而生成房間內(nèi)部2D全景數(shù)字地圖，還能根據(jù)屋內(nèi)家具位置的變化實(shí)時(shí)進(jìn)行更新。同時(shí)，Neato運(yùn)用獨(dú)特的uMemory坐標(biāo)記憶算法，在清掃過程中，自動(dòng)將周圍物品的坐標(biāo)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在內(nèi)存芯片中。這樣Neato能夠做到直線清掃，不重復(fù)工作。Neato公司的XV系列采用激光技術(shù),售價(jià)2000元人民幣以下。此外最新的BotvacD系列采用激光技術(shù)+坐標(biāo)技術(shù)，售價(jià)約為3800人民幣。
Neato的2D激光雷達(dá)是自主研發(fā)生產(chǎn)的。據(jù)了解，由于其成本低廉，針對(duì)性強(qiáng)，以至于有些掃地機(jī)器人制造商甚至希望Neato能夠單獨(dú)生產(chǎn)掃地機(jī)器人用激光雷達(dá)。
（2）科沃斯的地寶DR系列
在2016年CES展會(huì)上，科沃斯的新產(chǎn)品地寶9（Deebot 9）系產(chǎn)品DR95亮相。該產(chǎn)品采用的技術(shù)是基于LDS激光雷達(dá)探測(cè)的SmartNavi全局規(guī)劃技術(shù)。在清掃開始之前DR95會(huì)先繪制一張地圖進(jìn)行智能分區(qū)，在用戶交互系統(tǒng)中對(duì)不同的分區(qū)進(jìn)行顏色標(biāo)注以顯示清潔進(jìn)度。目前，配置激光雷達(dá)的D9系列產(chǎn)品DR92和DR95售價(jià)分別為3700元和5000元人民幣。
（3）Xrobot的inxni（以內(nèi)）掃地機(jī)器人
Xrobot是銀星智能科技的子公司，銀星智能科技是國(guó)內(nèi)最早做掃地機(jī)器人的廠商之一，有著11年的ODM經(jīng)歷，可以說是國(guó)產(chǎn)掃地機(jī)器人的開拓者。5年前，Xrobot公司開始研發(fā)導(dǎo)航機(jī)器人，其自主研發(fā)的AICU系統(tǒng)，能夠通過激光掃描實(shí)時(shí)生成2D地圖，主動(dòng)劃分區(qū)域，同時(shí)規(guī)劃路徑。在2015年12月16日舉辦的新品發(fā)布會(huì)上，Xrobot共推出了3款inxni：入門款、標(biāo)準(zhǔn)款、至尊款，價(jià)格分別對(duì)應(yīng)為3599元、3999元以及4699元。
激光導(dǎo)航式掃地機(jī)器人的售價(jià)在人民幣4,000-5,000元左右，而當(dāng)銷量最大的掃地機(jī)器人為1000~2000元區(qū)間。未來隨著未來2D激光雷達(dá)等傳感器成本的下降，激光導(dǎo)航式掃地機(jī)器人售價(jià)有望進(jìn)一步下降，從而提升其滲透率。
來源：MEMS
