掃地機(jī)器人的工作原理和應(yīng)用芯片

日常工作繁忙，回到家不想動(dòng)手做家務(wù)，但是每天地上的毛發(fā)、食物殘?jiān)?、床底、箱柜等各種清潔看著實(shí)在揪心。想要從繁重的家庭清潔中解放出來(lái)，掃地機(jī)器人成為廣大民眾的一個(gè)選擇。

掃地機(jī)器人體型小巧靈活，可以輕松清理到人力清理不到的死角，如床底、沙發(fā)底處，它都可以鉆進(jìn)去打掃。另外整個(gè)清潔過(guò)程不需要人控制，它會(huì)自動(dòng)完成工作，減輕操作負(fù)擔(dān)，使用者可以通過(guò)手機(jī)APP實(shí)時(shí)操作掃地機(jī)器人，掌握清掃路徑及清掃進(jìn)度，成為現(xiàn)實(shí)版的“?田螺姑娘?”。

那么一臺(tái)掃地機(jī)器人是如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)作的呢？它又需要用到哪些芯片？

?01 掃地機(jī)器人的工作原理

掃地機(jī)器人的工作原理是通過(guò)搭載在機(jī)器人上的傳感器和控制系統(tǒng)，對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)感知和識(shí)別，從而能夠自主規(guī)劃清潔路線，并利用各種清潔工具對(duì)地面進(jìn)行清潔。自動(dòng)掃地機(jī)器人的核心技術(shù)包括圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、路徑規(guī)劃等方面，通過(guò)這些技術(shù)的綜合應(yīng)用，機(jī)器人能夠逐步實(shí)現(xiàn)自主化和智能化。

在技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，掃地機(jī)器人經(jīng)歷了許多重大的轉(zhuǎn)變。

最初，掃地機(jī)器人只能沿著預(yù)先設(shè)定的路徑行走，對(duì)于環(huán)境的變化和不同的清掃需求無(wú)法做出有效的反應(yīng)。而隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，掃地機(jī)器人開(kāi)始具備了一定的智能，能夠?qū)崿F(xiàn)自主導(dǎo)航和避障功能，同時(shí)還能夠識(shí)別并清理不同的污漬。

發(fā)展至今，掃地機(jī)器人已經(jīng)擁有仿生機(jī)械臂技術(shù)，識(shí)別到墻邊、桌椅腿、床邊等難以清掃的邊角地帶時(shí)，掃地機(jī)器人會(huì)通過(guò)仿生機(jī)械臂將拖布盤(pán)外擴(kuò)，像人手一樣擦拭污漬?？梢钥吹?，掃地機(jī)器人正加速邁進(jìn)“iPhone時(shí)刻”。

掃地機(jī)器人之所以越來(lái)越好用，離不開(kāi)各種先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)與投入，包括硬件的疊加。?

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?02 一臺(tái)掃地機(jī)器人，用到哪些芯片

一臺(tái)掃地機(jī)器人主要包含主控芯片、傳感器芯片、電源管理芯片、WiFi芯片、存儲(chǔ)芯片和視覺(jué)芯片等。

主控芯片是掃地機(jī)器人的“大腦”，負(fù)責(zé)控制機(jī)器人的整體運(yùn)行和智能決策。具體來(lái)看，主控芯片通過(guò)接收來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和程序，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，然后輸出相應(yīng)的控制指令，控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和行為。

此外，主控芯片還可以根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整和優(yōu)化，使得機(jī)器人能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的清潔任務(wù)。

傳感器芯片用于感知和判斷環(huán)境，比如通過(guò)激光雷達(dá)、超聲波或紅外線等方式來(lái)探測(cè)和識(shí)別周?chē)奈矬w和環(huán)境。傳感器芯片可以感知機(jī)器人的電量、速度、溫度等自身狀態(tài)，以及周?chē)h(huán)境中的障礙物、家具位置、距離等信息。

這些信息被主控芯片接收和處理后，可以控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和行為，實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、避障、清掃等功能。

電源管理芯片可以對(duì)掃地機(jī)器人的電池進(jìn)行充電和放電管理，控制電池的電壓和電流，保證電池的安全和壽命。同時(shí)，電源管理芯片還可以對(duì)機(jī)器人的電源進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)，防止過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流等問(wèn)題的發(fā)生，保證機(jī)器人的正常運(yùn)行。

此外，電源管理芯片還可以對(duì)機(jī)器人的電源進(jìn)行節(jié)能控制，根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)地調(diào)整和優(yōu)化，使得機(jī)器人能夠更加高效地使用電源，延長(zhǎng)電池壽命。

WiFi芯片的作用主要是實(shí)現(xiàn)與手機(jī)或其他智能設(shè)備的連接，以便于用戶(hù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。具體來(lái)說(shuō)，WiFi芯片可以接收來(lái)自主控芯片的控制指令，通過(guò)內(nèi)置的WiFi模塊，將指令發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，與手機(jī)或其他智能設(shè)備建立連接。用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)或其他智能設(shè)備發(fā)送控制指令，控制掃地機(jī)器人的運(yùn)行和清潔任務(wù)。

同時(shí)，WiFi芯片還可以將掃地機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)、電量信息、故障記錄等數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)或其他智能設(shè)備中，方便用戶(hù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

存儲(chǔ)芯片用來(lái)記錄機(jī)器人的運(yùn)行軌跡、清掃路徑、電量信息、故障記錄等數(shù)據(jù)，以便于后續(xù)的分析和優(yōu)化。同時(shí)，存儲(chǔ)芯片還可以存儲(chǔ)機(jī)器人的控制程序和算法，確保機(jī)器人的正常運(yùn)行。

視覺(jué)芯片可以接收來(lái)自攝像頭的圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)置的算法和圖像處理技術(shù)，對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理，提取出有用的信息，如地面的顏色、紋理、障礙物的形狀和位置等。

這些信息被主控芯片接收和處理后，可以控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和行為，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)地清掃。同時(shí)，視覺(jué)芯片還可以幫助機(jī)器人識(shí)別不同的地面類(lèi)型和污漬類(lèi)型，自動(dòng)調(diào)整清掃方案和清潔劑的使用量，提高清潔效果和效率。

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?03 這些芯片，誰(shuí)來(lái)供應(yīng)？ ? 主控芯片

主控芯片常見(jiàn)的芯片類(lèi)型為 32 位 MCU，部分采用集成度更高的 SOC 或 AI 芯片。主控芯片常見(jiàn)的國(guó)內(nèi)供應(yīng)商有全志科技、瑞芯微、兆易創(chuàng)新等，國(guó)外主要供應(yīng)商有意法半導(dǎo)體、高通、恩智浦等。

STM32F系列控制芯片是意法半導(dǎo)體公司推出的一款微控制器芯片，它具有低功耗、高性能、高可靠性等特點(diǎn)，并且廣泛應(yīng)用于掃地機(jī)器人、智能家居等領(lǐng)域。比如石頭科技T6就是選用了MCU大廠ST的STM32F1系列，在可接受的成本范圍內(nèi)，該系列MCU在集成一流的外設(shè)和低功耗、低電壓運(yùn)行等基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了高性能。

全志科技的MR系列芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用在掃地機(jī)器人、四足機(jī)器狗等產(chǎn)品上。當(dāng)下主流的高競(jìng)爭(zhēng)力處理器MR813芯片是高性能SOC，采用4核A53架構(gòu)，主頻高達(dá)1.6GHz，擁有豐富的音視頻接口和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)接口。

石頭科技推出的掃拖地機(jī)器人G10S、追覓S10、云鯨2小白鯨掃拖機(jī)器人、米家全能掃拖機(jī)器人都采用了全志科技的MR813芯片。

同為掃地機(jī)器人芯片大戶(hù)的瑞芯微，曾推出的四套“ AI人工智能掃地機(jī)器人”芯片級(jí)解決方案——RK3399、RV1108、RK3326及RK3308在掃地機(jī)器人領(lǐng)域亦是極具代表性。其中，旗艦級(jí)RK3399芯片采用 AI+VSLAM 定位導(dǎo)航技術(shù)，RV1108 及 RK3326 支持 VSLAM 圖像視覺(jué)定位導(dǎo)航技術(shù)， RK3308 可實(shí)現(xiàn)主流激光導(dǎo)航技術(shù)，助力行業(yè)高效解決產(chǎn)品痛點(diǎn)，全面覆蓋從入門(mén)級(jí)到高端的掃地機(jī)器人產(chǎn)品。

瑞芯微產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入科沃斯供應(yīng)鏈系統(tǒng)，近年來(lái)科沃斯已推出多款搭載RK3188、RV110X芯片方案的產(chǎn)品。

兆易創(chuàng)新在掃地機(jī)器人芯片方面也有所涉足。例如，云米的掃拖機(jī)器人3C系列就使用了兆易創(chuàng)新的GD32F103VCT6系列主控MCU?？莆炙笵G710則和云米一樣采用了兆易創(chuàng)新GD32F103VxT6系列。

傳感器芯片

傳感器芯片的種類(lèi)很多，包括激光雷達(dá)、超聲波、紅外線等。其中，激光雷達(dá)是最為常用的一種，通過(guò)發(fā)射激光束探測(cè)并繪制環(huán)境地圖，準(zhǔn)確地定位和避免障礙物，從而保證掃地機(jī)器人的安全性和準(zhǔn)確性。

德州儀器用于掃地機(jī)器人的傳感器芯片包括壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀等。比如基于 ToF 的 OPT3101在掃地機(jī)器人中的應(yīng)用：OPT3101抗干擾性能強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。非常適合在掃地機(jī)器人中實(shí)現(xiàn)自主避障檢測(cè)功能。與傳統(tǒng)紅外的方式對(duì)比，可以實(shí)現(xiàn)精確距離信號(hào)的檢測(cè)，一致性更好，抗光強(qiáng)干擾能力更好。

ADI也是一家專(zhuān)注于模擬和混合信號(hào)技術(shù)的公司，其產(chǎn)品也常被應(yīng)用于掃地機(jī)器人的傳感器芯片中，比如AD698SQ等。

針對(duì)掃地機(jī)，中國(guó)匯頂科技可提供低、中、高三個(gè)解決方案：WALLE64F系列、WALLE120F系列、WALLE120LB系列，其中WALLE64F的視角＜64%uB0，WALLE120F和WALLE120LB的視角＞100%uB0；WALLE64F和WALLE120F這兩個(gè)系列以避障為主，高端的WALLE 120LB系列通過(guò)線陣方式實(shí)現(xiàn)避障和導(dǎo)航二合一功能，1傳感器+1接收端+2驅(qū)動(dòng)器的組合在成本上更具優(yōu)勢(shì)。

矽?？萍?/strong>的新一代高性能地磁傳感器QMC6310，匹配了傳感器融合算法解決方案，可以解決強(qiáng)磁場(chǎng)的高速檢測(cè)，高抗干擾性的導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)算法等。為掃地機(jī)器人、工業(yè)領(lǐng)域等高可靠性、高性能客戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的地磁傳感器。