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解鎖掃地機(jī)器人里的智慧“芯”動(dòng)力

作者: 時(shí)間:2025-03-18 來(lái)源:EEPW 收藏

近年來(lái),機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域和形態(tài)發(fā)展相當(dāng)快,從家庭、餐廳、到購(gòu)物中心、酒店,再到倉(cāng)儲(chǔ)物流、工業(yè)裝備制造,幾乎無(wú)處不在。尤其值得關(guān)注的,是近年來(lái)機(jī)器人正逐漸從自動(dòng)化向智能化、自主化蛻變,具備自我學(xué)習(xí)能力的智能機(jī)器人正在顛覆人類對(duì)機(jī)器人的傳統(tǒng)認(rèn)知。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/202503/468258.htm

根據(jù)《智能機(jī)器人行業(yè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(2023版)》,2022年全球智能機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)500億美元,2024年將超過(guò)660億美元。這其中,隨著中國(guó)工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不斷深入,中國(guó)智能機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在2024年將達(dá)到251億美元,CAGR達(dá)到20%。工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人占全球比例將達(dá)到50%、35%和24%。

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智能機(jī)器人全球市場(chǎng)規(guī)模(資料來(lái)源:IFR、中國(guó)信通院、電子學(xué)會(huì))

智慧服務(wù)機(jī)器人迎來(lái)黃金十年

早在2017年,中國(guó)信息通信研究院、IDC國(guó)際數(shù)據(jù)集團(tuán)和英特爾就共同發(fā)布了《人工智能時(shí)代的機(jī)器人3.0新生態(tài)》白皮書。在書中,機(jī)器人的發(fā)展歷程被劃分為機(jī)器人1.0、機(jī)器人2.0、機(jī)器人3.0三個(gè)時(shí)代,對(duì)機(jī)器人的描述也從“對(duì)外界環(huán)境沒(méi)有感知,只能單純復(fù)現(xiàn)人類的示教動(dòng)作,在制造業(yè)領(lǐng)域替代工人進(jìn)行機(jī)械性的重復(fù)體力勞動(dòng)?!敝鸩竭M(jìn)化為“除了具有感知能力實(shí)現(xiàn)智能協(xié)作,還具有理解和決策的能力,達(dá)到自主的服務(wù)?!焙汀霸?0%,甚至95%的情況可以自主完成任務(wù)。”

這是一種類似互聯(lián)網(wǎng)的多級(jí)火箭發(fā)展模式,第一階段——關(guān)鍵場(chǎng)景,把握垂直應(yīng)用,提高場(chǎng)景、任務(wù)、能力的匹配,提高機(jī)器人在關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景的能力,擴(kuò)大用戶基礎(chǔ);第二階段——人工增強(qiáng),通過(guò)加入持續(xù)學(xué)習(xí)和場(chǎng)景自適應(yīng)的能力,延伸服務(wù)能力,取代部分人力,逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)人的替代,讓機(jī)器人的能力滿足用戶預(yù)期;第三階段——規(guī)?;?,通過(guò)云-邊-端融合的機(jī)器人系統(tǒng)和架構(gòu),讓機(jī)器人達(dá)到數(shù)百萬(wàn)千萬(wàn)級(jí)水平,從而降低價(jià)格成本,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用。

根據(jù)中國(guó)GB/T 39405 2020標(biāo)準(zhǔn),目前機(jī)器人可分為工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人三類。其中,服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜、與人交互密切、市場(chǎng)潛力巨大,對(duì)智能化升級(jí)最為迫切。數(shù)據(jù)顯示,2023年中國(guó)服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到約600.16億元,近五年年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)32.41%。而全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將在未來(lái)10年內(nèi)增長(zhǎng)近10倍,到2030年全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1600億至2600億美元。

而在眾多細(xì)分領(lǐng)域中,又是當(dāng)前應(yīng)用范圍最廣、銷量最大的服務(wù)機(jī)器人。

中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國(guó)行業(yè)市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)研究報(bào)告》顯示,2019年至2020年是高速發(fā)展的階段,零售量均超過(guò)600萬(wàn)臺(tái),此后2年掃地機(jī)器人零售量有所下滑。2023年掃地機(jī)器人銷售回暖,零售量為458萬(wàn)臺(tái),同比增長(zhǎng)4%。2024年1-4月掃地機(jī)器人零售量102萬(wàn)臺(tái),同比增長(zhǎng)17%。中商產(chǎn)業(yè)研究院分析師預(yù)測(cè),2024年中國(guó)掃地機(jī)器人零售量將達(dá)525萬(wàn)臺(tái)。

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2019-2024年掃地機(jī)器人零售量趨勢(shì)圖(來(lái)源:中商產(chǎn)業(yè)研究院)

因此,近年來(lái),國(guó)家也出臺(tái)了一系列政策文件來(lái)支持掃地機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展。例如,《關(guān)于推動(dòng)輕工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動(dòng)實(shí)施方案》《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于促進(jìn)綠色智能家電消費(fèi)若干措施的通知》等文件提出促進(jìn)智能家電消費(fèi),推動(dòng)機(jī)器人發(fā)展,為掃地機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展提供了有力支持。

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掃地機(jī)器人解決方案

作為智能生活終端,掃地機(jī)器人的核心競(jìng)爭(zhēng)力依托于所選擇的芯片解決方案,同時(shí)結(jié)合軟件算法的協(xié)同發(fā)揮,最終呈現(xiàn)出產(chǎn)品整體的卓越表現(xiàn)。是一家堅(jiān)持“多元化布局”戰(zhàn)略的公司,旗下電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源管理、鋰電池充電、信號(hào)鏈,以及微控制器(MCU)與閃存(Flash)等芯片產(chǎn)品,已在掃地機(jī)器人行業(yè)的領(lǐng)軍品牌中實(shí)現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。

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掃地機(jī)器人系統(tǒng)框圖

掃地機(jī)器人的核心系統(tǒng)主要分為以下六大類,每一部分都融入了芯片的身影:

1.移動(dòng)系統(tǒng):通過(guò)有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)行走輪靈活移動(dòng)與精準(zhǔn)避障轉(zhuǎn)向能力,當(dāng)遭遇門檻、地毯等障礙物時(shí),自動(dòng)調(diào)整并抬升底盤以順利跨越,從而在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中執(zhí)行全面細(xì)致的清掃任務(wù)。

推薦選型:有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片GD30DR300x

GD30DR300x是一款集成電流檢測(cè)、故障保護(hù)等功能的有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,支持兩路邏輯控制,集成了4個(gè)大電流MOSFET組成的雙向控制電路,電機(jī)速度可通過(guò)PWM控制,頻率最高可達(dá)200KHz,支持寬電壓輸入范圍4.5-45V,最大峰值電流6A,且具備過(guò)流保護(hù)(OCP),過(guò)熱保護(hù)(TSD),欠壓鎖定(UVLO)和防MOSFET直通等安全保護(hù)功能。該產(chǎn)品規(guī)格幾乎適用于目前所有類型的掃地機(jī)系統(tǒng)需求,尤其是機(jī)器人行走輪電機(jī)控制方案需求,比如前轉(zhuǎn)、后轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)檢測(cè)等功能,還用于避障電機(jī)、抬升電機(jī)、雷達(dá)旋轉(zhuǎn)等。

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GD30DR300x評(píng)估板

2.清潔系統(tǒng):電機(jī)控制芯片控制邊刷與主刷的旋轉(zhuǎn)速度和力度,還有拖地抹布(掃拖一體)的擦拭強(qiáng)度,確保清潔效果既徹底又節(jié)能,還可以控制拖地水泵的出水量,確保拖地效果均勻且不留水漬。電機(jī)控制芯片與算法緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)強(qiáng)吸塵的同時(shí),盡可能降低運(yùn)行噪音。

推薦選型:有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片GD30DR300x

主要應(yīng)用在水泵,電解水模塊。

推薦選型:無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片GD30DR8306/8413

該產(chǎn)品系列集成了三個(gè)可單獨(dú)控制的半橋驅(qū)動(dòng)器,寬電壓輸入范圍4.5-30V,其中GD30DR8413集成了功率級(jí),峰值驅(qū)動(dòng)電流高達(dá)3A。此外還集成了用于提供高壓側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)電流的穩(wěn)壓自舉電路、集成電源欠壓鎖定、過(guò)溫保護(hù)、預(yù)防MOSFET直通等保護(hù)功能,可防止集成電路和系統(tǒng)因發(fā)生故障而損壞。主要應(yīng)用于掃地機(jī)器人主刷、邊刷、吸塵等無(wú)刷電機(jī)場(chǎng)景中。

3.電源管理系統(tǒng):包括有鋰電池充電、放電控制(MOS控制,電池直供)、AFE、電量計(jì)等,卓越的電源管理能夠顯著提升設(shè)備的續(xù)航能力。

推薦選型:鋰電池充電芯片GD30BC2501

掃地機(jī)器人是四節(jié)鋰電池串聯(lián)使用的典型應(yīng)用場(chǎng)景,充電管理芯片會(huì)在掃地機(jī)器人主板上或在充電塢上,負(fù)責(zé)對(duì)鋰電池充電曲線進(jìn)行管理,以實(shí)現(xiàn)高效,安全的充電。GD30BC2501可為4/6節(jié)鋰電池充電,寬輸入電壓高達(dá)32V;支持預(yù)充,恒壓和恒電等充電功能,支持最高5A的開關(guān)充電。提供過(guò)流保護(hù),電池過(guò)溫欠溫保護(hù),過(guò)壓欠壓保護(hù),熱關(guān)機(jī)等安全保護(hù)措施;充電效率高達(dá)95%。

推薦選型:DC-DC降壓芯片GD30DC1350/1500

該產(chǎn)品常被用于一級(jí)降壓電路,其最大輸入電壓28V/40V,輸出電流為3A。

推薦選型:LDO芯片GD30LD2000/2010/240x

該系列LDO Low Iq的特性可以滿足掃地機(jī)器人在待機(jī)狀態(tài)的低功耗需求。其中,GD30LD2000/2010主要用于二級(jí)降壓電路,最大輸出為300mA和500mA, GD30LD2000輕負(fù)載時(shí)靜態(tài)電流為0.8uA,±2%輸出電壓精度,<0.1uA關(guān)斷電流;有熱關(guān)斷保護(hù)和限流保護(hù);GD30LD240x是高壓低功耗的高性能LDO,輸入電壓可達(dá)36/45V,輸出電流范圍為250mA~350mA,常用于一級(jí)降壓電路。

推薦選型:信號(hào)鏈芯片GD30AP321/358/324、GD30AP8631、GD30CP331

GD30AP321/358/324為通用運(yùn)放、GD30AP8631為中高速運(yùn)放和GD30CP331為通用比較器,可實(shí)現(xiàn)外部檢測(cè)電機(jī)電流,并將檢測(cè)結(jié)果反饋給MCU芯片。

4.感知系統(tǒng):為了精準(zhǔn)識(shí)別環(huán)境、規(guī)避障礙并高效導(dǎo)航,掃地機(jī)器人集成了包括陀螺儀、超聲波傳感器、DTOF(直接飛行時(shí)間)測(cè)距傳感器、紅外線傳感器及LDS(激光測(cè)距傳感器)等多類感知元件。這些高精度傳感器的協(xié)同工作,依賴于高效的數(shù)據(jù)處理芯片,以實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的即時(shí)捕捉與精準(zhǔn)解析。

推薦選型:超值型MCU系列芯片GD32E230/E235和GD32F3x0

GD32E230/E235基于Cortex?-M23內(nèi)核,主頻達(dá)到72MHz,配備了16KB到128KB的嵌入式閃存及4KB到16KB的SRAM,靜電防護(hù)和抗干擾能力強(qiáng),具備高可靠性,可應(yīng)用于加速度傳感器、霍爾傳感器、超聲波傳感器等。

GD32F3x0基于Cortex?-M4內(nèi)核,通用入門款超高性價(jià)比芯片,性能優(yōu)異,外設(shè)豐富,主頻高達(dá)72/84/108MHz,配備16至128K Flash,4至16K SRAM,可用于LDS激光測(cè)距傳感器數(shù)據(jù)采集,處理和控制決策等;GD32E230/E235以及GD32F3x0系列芯片產(chǎn)品保持了完美的軟件代碼和硬件管腳兼容性,開發(fā)者可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)需求靈活地進(jìn)行選擇切換。

5.控制系統(tǒng):MCU與SoC等主控芯片不僅需承載復(fù)雜的算法運(yùn)算,還需協(xié)調(diào)各功能模塊的無(wú)縫對(duì)接。結(jié)合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)支持,主控芯片負(fù)責(zé)解析感知數(shù)據(jù),制定導(dǎo)航清掃策略,并實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器狀態(tài),確保清掃任務(wù)的高效執(zhí)行。

推薦選型:主流型MCU系列芯片GD32F30x和高性能MCU系列芯片GD32E50x

GD32F30x基于Cortex-M4內(nèi)核,通用主流款芯片,主頻最高120MHz,搭配128至3072KB Flash,48-96KB SRAM,集成豐富的互聯(lián)接口,如UART,SPI,QSPI,I2C,I2S,SDIO, CAN,USB OTG FS,EXMC和Ethernet,可對(duì)多個(gè)獨(dú)立模塊進(jìn)行高效且靈活的控制,滿足復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)需求。

GD32E50x基于Cortex?-M33內(nèi)核,主頻最高180MHz,搭配128KB到512KB Flash,80KB到128KB SRAM,支持Dual bank讀寫同步操作,配備硬件三角函數(shù)加速器TMU,提高數(shù)學(xué)運(yùn)算的處理效率,支持多路高精度PWM信號(hào)輸出,集成高性能ADC和高速比較器,進(jìn)一步增強(qiáng)外設(shè)連接性(USB OTG HS,CAN FD,SQPI等),具有高抗噪性(ESD 6Kv)。非常適用于數(shù)據(jù)密集、算法密集、傳輸密集的高精度工控和消費(fèi)類應(yīng)用場(chǎng)景。

推薦選型:GD25/55系列SPI NOR Flash

GD25/55系列SPI NOR Flash容量覆蓋廣,時(shí)鐘頻率支持133Mhz及以上,IO接口支持1線/2線/4線/8線,以及支持DTR功能,NOR Flash多與掃地機(jī)的語(yǔ)音模塊、雷達(dá)模塊進(jìn)行搭配。

推薦選型:GD5F系列SPI NAND Flash

GD5F系列SPI NAND Flash,容量支持1Gb/2Gb/4Gb,時(shí)鐘頻率133Mhz,內(nèi)置ECC功能,一般搭配SoC方案用于掃地機(jī)的導(dǎo)航模塊。

推薦選型:GDQ系列DDR4和GDP DDR3L

GDQ系列DDR4,容量支持4Gb/8Gb,速率2400/2666/3200Mbps

GDP系列DDR3L,容量支持2Gb/4Gb,速率1866/2133Mbps

用作于SoC方案的主存儲(chǔ)器。

6.基站系統(tǒng):一般具備自動(dòng)集塵,自動(dòng)上下水,抹布清潔,烘干以及抑菌功能,進(jìn)一步減少家務(wù)勞動(dòng),解放雙手。

推薦選型:有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片GD30DR300x

主要應(yīng)用在水泵、烘干,熱風(fēng)除菌等系統(tǒng)。

推薦選型:超值型MCU系列芯片GD32E230/E235和GD32F3x0

用作基站系統(tǒng)控制芯片。

綜上所述,兆易創(chuàng)新憑借全方位的技術(shù)布局,出色的產(chǎn)品性能,豐富完備的生態(tài)系統(tǒng),及時(shí)的支持服務(wù)響應(yīng),在當(dāng)前的掃地機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域已占據(jù)了重要的市場(chǎng)地位。展望未來(lái),兆易創(chuàng)新也將繼續(xù)推陳出新,進(jìn)一步推動(dòng)該領(lǐng)域智能化發(fā)展進(jìn)程。



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