在科技飞速发展的当下，机器人在各个领域的应用愈发广泛。从工业生产中的搬运、装配，到物流仓储里的货物分拣、运输，再到家庭服务中的清洁、陪伴，机器人正逐步融入我们生活的方方面面。然而，随着机器人使用场景的日益复杂，其运行安全问题也愈发凸显，其中碰撞风险是亟待解决的关键难题之一。超宽带（UWB）技术的出现，为机器人防撞提供了创新性的解决方案，UWB 模块正逐渐成为机器人安全运行的 “保护神”。
一、UWB 技术：高精度定位的 “秘密武器”
UWB，即超宽带技术，是一种使用极短脉冲（纳秒级）进行数据传输的无线通信技术。与传统无线通信技术相比，UWB 具有诸多独特优势。
UWB 技术能够实现厘米级的定位精度，这是其区别于其他定位技术的显著特征。在机器人运行环境中，无论是复杂的室内工厂车间，还是布局多样的物流仓库，准确的位置信息对于机器人避障至关重要。例如，在工业生产线上，机器人需要在狭小空间内精准地搬运零部件，稍有偏差就可能导致碰撞事故，UWB 模块提供的厘米级定位精度能够确保机器人在复杂环境中精确感知自身位置，为避障决策提供可靠依据。
UWB 采用纳秒级的短脉冲进行通信，这使得其数据传输速率极高，可轻松达到数百 Mbps。在机器人实时运行过程中，环境信息瞬息万变，快速的数据传输能够让机器人及时获取周围障碍物的位置、距离等信息，并迅速做出反应。比如在动态的物流仓库中，搬运机器人需要快速响应周围叉车、工作人员以及其他移动设备的位置变化，UWB 的高速数据传输特性保证了机器人能够在第一时间接收和处理这些信息，及时调整运行路径，避免碰撞。
UWB 信号具有极强的抗干扰能力。在实际应用场景中，往往存在着多种无线信号干扰，如 Wi-Fi、蓝牙等。而 UWB 技术凭借其独特的信号特性，能够在复杂的电磁环境中稳定工作。以工厂环境为例，车间内各种电气设备众多，电磁干扰复杂，UWB 模块却能有效抵御这些干扰，准确地为机器人提供定位和测距信息，保障机器人在复杂电磁环境下的安全运行。
二、UWB 模块在机器人防撞中的工作机制
在机器人防撞系统中，UWB 模块主要通过测距和定位两种方式发挥作用。
UWB 模块利用飞行时间（ToF）原理进行测距。当机器人发射 UWB 信号后，信号遇到障碍物会反射回来，UWB 模块通过测量信号发射与接收的时间差，并结合信号在空气中的传播速度，就能精确计算出与障碍物之间的距离。例如，在扫地机器人工作时，其搭载的 UWB 模块不断向周围发射信号，当检测到前方家具等障碍物时，能迅速计算出距离，从而提前调整清扫路径，避免碰撞。
通过多个 UWB 基站与机器人上的 UWB 标签进行通信，可实现对机器人的精确定位。基站分布在机器人的工作区域内，标签则安装在机器人本体上。各个基站接收到标签发射的信号后，根据信号到达不同基站的时间差（TDOA）或到达角度（AOA）等算法，就能计算出机器人在空间中的精确位置坐标。在大型物流仓库中，众多 AGV（自动导引车）机器人在不同货架间穿梭作业，利用 UWB 定位技术，系统可以实时掌握每台 AGV 的位置，通过合理调度和路径规划，有效避免 AGV 之间以及 AGV 与货架之间的碰撞。
三、UWB 模块在不同类型机器人中的应用实例
（一）工业机器人：提升生产安全性与效率
在工业生产领域，机器人的应用十分广泛，但碰撞风险也不容忽视。例如在汽车制造工厂，工业机器人负责搬运重型零部件、进行精密装配等任务。传统的防碰撞技术在复杂的工业环境中存在一定局限性，而 UWB 模块的引入极大地改善了这一状况。通过在机器人、周边设备以及工作人员身上安装 UWB 标签和基站，系统能够实时监测机器人与周围物体、人员的相对位置。当机器人与障碍物或人员的距离接近预设安全阈值时，系统会立即发出预警，并控制机器人减速或停止运动，有效避免碰撞事故的发生，保障了工人的人身安全，同时也减少了因碰撞导致的设备损坏和生产停滞，提高了生产效率。
（二）服务机器人：优化用户体验
以家庭服务机器人为例，扫地机器人、陪伴机器人等在家庭环境中与人类密切接触。家庭环境复杂多变，有各种家具、电器以及家庭成员的活动，这对机器人的安全性提出了很高要求。搭载 UWB 模块的扫地机器人，能够精确感知家具的位置和边界，实现精准避障，避免碰撞家具造成损坏。同时，在与家庭成员互动时，UWB 模块可实时监测机器人与人员的距离，确保机器人在安全距离内活动，为用户提供更加安全、舒适的服务体验。对于陪伴机器人来说，UWB 技术使其能够更好地跟随主人移动，并且在接近障碍物或危险区域时及时停下，保障自身和用户的安全。
（三）物流仓储机器人：保障货物运输安全
物流仓储行业中，大量的 AGV 机器人在仓库内承担货物搬运、分拣等任务。仓库内货架林立，AGV 数量众多且运行速度较快，碰撞风险较高。利用 UWB 模块构建的防撞系统，能够为每台 AGV 提供高精度的定位和测距信息。通过系统的统一调度，AGV 可以根据实时位置信息规划最优路径，避免与其他 AGV、货架以及工作人员发生碰撞。例如，当多台 AGV 在狭窄通道相遇时，UWB 定位系统能让它们有序避让，确保货物运输的高效与安全，提高了仓储物流的整体运营效率。