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激光雷达或成扫地机器人标配,看欢创科技如何“K.O”量产难题

智能制造
亿欧
赖燕芳
2019-06-05 · 17:15
[ 亿欧导读 ] “30%是技术创新,30%是产品可靠性,剩下的40%就是量产。”周琨说道。
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创业这条路,长路漫漫,道阻且长。

“解决量产问题后,心情有轻松点吗?”亿欧提问道。

周琨抿了抿嘴,说道:“现阶段解决了年量产几十万台的事情,下一阶段又会有新的事情去解决。毕竟量产50万台和100万台遇到的问题又会不一样。”

近日,一篇“流水线上的深圳博士”在网上广泛流传,为大家掀开了科研博士们投身创业需奔赴制造一线的故事。时隔半年,亿欧再次采访了文章中的主人公之一-欢创科技创始人周琨,听听他在量产激光雷达过程中的故事。

顺“服务机器人”之势,瞄准激光雷达

近几年,在懒人经济兴起的牵引,消费升级趋势的助力,以及智能家居风口的带动下,我国扫地机器人迎来了初具规模的发展市场。深耕计算机视觉空间定位领域的周琨也曾在多种场合表达自己对扫地机器人市场的看好。

根据中怡康数据显示,2013-2017年间中国扫地机器人销售量及销售额双升,且维持高速增长,5年内实现了翻倍式发展。但相对于欧美,中国扫地机器人渗透率仍然较低,未来仍面临广阔的市场。

亿欧智库:近年来中国扫地机器人市场迅速爆发

扫地机器人经历了三次技术变革,根据清扫路径进行划分,分为随机类和规划类。第一代的随机行走式扫地机器人用户体验及其糟糕,直到智能导航式的扫地机器人出现后,才将市场潜力激发出来。

周琨认为,扫地机器人的更新升级、升级换代是势在必行,最终一定会从随机盲撞式的扫地机器人走向智能的、导航式的扫地机器人的方向发展,标配激光雷达的扫地机器人将成为市场主流

利用几何原理进行测量的激光雷达的工作原理并不难理解。光源发射出一束激光,光束在碰到物体后再返回至图像传感器,雷达模块根据发送和接收信号在图像传感器上的成像,利用事先标定的几何参数,就能计算出发射器与物体的距离。

在整个测量过程中,激光雷达凭借较高的距离分辨率、角分辨率,可以反馈距离、角度、反射强度等丰富信息,进而生成多维度的图像,来协助系统对探测目标进行详细认知。

根据路透社的数据整理,过去三年约有50家激光雷达初创公司获得了总计超过10亿美元的投资,其中2018年获得了4.2亿美元。不难看出,激光雷达成为了从业者趋之若鹜的沃土。而在探索业务场景的过程中,欢创也早早瞄准了这一领域。

经过两年的探索和准备,欢创科技的激光雷达产品线已于去年量产出货,并成为国内外不少机器人客户的独家雷达供应商。“我们今年整体业务重点是在扫地机器人领域,预计占比将会达到90%以上,其中,Camsense X1是我们今年的主要产品。”周琨表示。

Camsense X1激光雷达

与大多数扫地机厂商昂贵的市场采购价相比,通过技术创新和改进,欢创的激光雷达成本大幅降低。

“激光雷达与其他电子产品一样,有淡旺季之分。我们一般按单生产,淡季的出货量大概在3万台,旺季的会达到10万台甚至更高。”周琨说道。

打开市场,平价和可靠缺一不可

在高额成本的桎梏下,激光雷达一度被认为只可炫技,无法量产,其成本主要由物料成本产成本两部分构成。

目前,市场上主流的机器人用激光雷达大多采用工业级线性图像传感器,其传感器帧率高,但昂贵的价格的成本让激光雷达在机器人领域的普及受到很大的限制。加上其垂直视野只有0.15°到0.16°左右,对装配精度和稳定性要求极高,规模量产受到挑战。

“在使用过程中,产品的跌落、外部震动以及高低温造成的轻微形变,都会对产品的稳定性造成影响,无形中增加了售后成本。”周琨指出。

除传感器之外,另一高昂的成本来源就是芯片。

激光雷达以旋转扫描的方式工作,一个光源扫一圈,得到一条360度的水平环形视线。光源越多,视线越密集,实时地图的分辨率越高。以传统的方式增加激光雷达线数会造成产品体积成倍放大,同时增加量产难度。为缩减激光雷达的体积,这就需要运算能力强,效率高的专用芯片。

出于成本上的考虑,同时避免“卡脖子”现象的发生,欢创采用了定制面阵消费级传感器和自研的激光雷达ASIC专用芯片Camsense C1。其面阵消费级传感器成本达到了消费级水平,垂直视野能达到30-40度,同时内置了自主知识产权的图像处理算法,可使得帧率达到2000Hz以上。

年来许多传感器都在走这样的路线,即使用普通消费级元件+独特算法,所以成本一下子就降下来了。

“我们从17年初就着手准备做自己的芯片,于18年底研发成功并成功推出市场。”周琨表示,目前其它品牌所采用的激光雷达的帧率其实能达到4000Hz,但是受限于后端的运算能力和效率,只达到了1800Hz。

想要打造一款市场接受度高的产品,光平价不够,可靠性也至关重要。在成千上万次实验中,欢创设计了非常严格的研发测试标准以确保产品的稳定。

举个简单例子,当一台扫地机在室外工作时,从视觉传感器的角度来看,摄像头极其容易受到背景光或者强光的干扰,导致信号被阳光淹没,测距功能完全失效。因此,欢创的测试中包含了高强度抗强光的干扰测试,保证产品在夏天室外正午都可以正常工作。

其他测试还包括长时间使用寿命测试、严酷的高低温存储测试、严格的震动、跌落测试以及高强度抗粉尘测试。

一款产品在上市之前,会经历研发测试试产量产等几个阶段。据悉,欢创科技拥有自己的试产车间,所有的产品在量产之前都会在试产车间进行试生产。

“自2018年建成自己的试产车间,我们前后已经试生产将近几千台产品,这些产品仅用规模化量产前的试生产,不会作为最终产品售卖,最后是全部报废。”周琨说道。

讲完了研发、测试和试产,接下来谈谈颇具挑战性的量产环节。

量产不易,严控供应商选择和生产流程

站在技术理论的前沿,将理论落地生产,并不是一道容易跨过的关口。一路走来,欢创在量产激光雷达这条路上也经历了各种关口的考验。

这期间最大的挑战莫过于标准建立的过程。

当前,激光雷达行业尚未形成业内的统一标准。多数客户并不清楚自己所需的激光雷达产品的使用寿命、抗冲击性、抗高温低温性等参数具体应该设置在哪些阈值区间,一般都是等到产品出货,客户遇到问题后再进行反馈。

一来一回,生产调试的成本特别大。

“前期由于缺乏行业标准,对于什么是合格、可靠的激光雷达并没有统一的判断规则。好在我们接触的客户比较多,而且前期都是以业内品牌客户和大型的方案公司为主,他们具备较为丰富的经验,会给我们提出这样、那样的要求。”周琨指出。

当时我们的做法就是采集各个客户的标准,将其中的最高要求作为基础,然后在此基础上进行拔高,并经过实际量产的反复检验和迭代,最终形成我们自己的企业标准。目前,我们服务的很多客户都要求我们提供自己的检验标准,作为他们的检验标准。”

第二大关口就是硬件制造领域中普遍存在的供应链管理问题。实体制造业大多存在产能爬坡的过程,特别是从0起步的阶段。

周琨告诉亿欧,当订单量比较小的时候,大型代工厂根本看不上这些订单,初期的时候只能依靠自己业内积累的人脉找供应商提供。

说到这,在供应商选择和生产流程的控制上,周琨将对待科研的严瑾性可谓发挥得淋漓尽致。

过去一年,为了找到最合适的供应商,周琨几乎跑遍了珠三角,与各个驻厂负责人交流,下厂看生产线,不敢有一丝一毫地懈怠。

周琨表示,经过多次的改进,欢创总结出了一套完善的管控流程。其拥有严格的供应商导入流程和高标准质量保证协议,遵循严格的IQC入检标准,甚至对于螺丝的精度都要管控。

在制程过程控制中,欢创制定了详尽的作业指导书,并设置了严格的制程过程驻厂巡检和违规作业处罚。

工厂实况

比如,一个点胶的工序,需要检查出胶量和位置;位于雷达不同位置的螺丝需要采用扭矩不同的电动螺丝刀、工人需佩戴静电手环和穿好静电服等。

据介绍,欢创所有的产品都会经过高温、低温冲击测试、震动冲击测试以及老化运行测试。一系列流程下来,才能保证高的直通率和低的市场返修率。

“通过技术上创新,包括传感器和芯片,我们降低了40%的成本;同时严格的质量管控体系又给我们提高了10%的生产成本。”周琨笑着说道,2019年,欢创年出货量将达到数十万台。

毫不意外,产能的上升可以带动价格下降的趋势,研发成本也将得到逐渐的平摊。激光雷达的江湖入局者众多,出局的也不少。其路漫漫,周琨表示,未来还有很多新的问题要去解决。

周琨,清华大学深圳研究生院硕士生导师,深圳市高层次人才,南山区领航人才,深圳市欢创科技有限公司CEO,清华大学本科、硕士,师从973首席科学家,长江学者戴琼海教授。十余年IT和人机交互技术行业产品研发和技术管理经验。先后就职于贝尔实验室,中国移动,对视觉人机交互技术进行了非常深入的研究,作为主要发明人,拥有二十余项国际和国家专利,并先后获得山东省科技进步二等奖和深圳市科学技术专利奖。2014年初创办欢创科技,担任CEO职位,引领公司致力于计算机视觉空间定位与位置追踪技术的研究和产业化,目前产品已经广泛应用于电视机、VR与机器人领域。

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