解（jiě）鎖掃地（dì）機器人裏的智慧“芯”動力
2025-3-18 來源：兆易 作者：-
近年來，機器人的應用領域（yù）和形態發展相（xiàng）當（dāng）快，從家庭、餐廳、到（dào）購物中心、酒店，再到（dào）倉儲物流、工（gōng）業（yè）裝備製造（zào），幾乎（hū）無處不（bú）在。尤（yóu）其值得關注的，是近年來機器（qì）人正逐漸從自動化向智能化、自主化蛻變，具備自我（wǒ）學習能力的智能機器人正在顛覆人類對機器人的傳統認知。
根據《智能機器人行業技（jì）術產業發展白皮書（2023版）》，2022年全球（qiú）智（zhì）能（néng）機器人市場規模超過500億美元，2024年將超過660億（yì）美元。這其中，隨著中國工業數字（zì）化轉（zhuǎn）型不斷深入，中國智能機器人市場規模預計在2024年將達到251億美元，CAGR達到20%。工業機器人、服務機器人、特種機器人占全球比例將達（dá）到50%、35%和24%。
智能機器（qì）人全球市場規模（資料來源：IFR、中國信通（tōng）院、電子學會（huì））
智慧服務機器人（rén）迎來（lái）黃金十年
早在2017年，中（zhōng）國信息通信研究院、IDC國際數據集團和（hé）英特爾就共同發（fā）布了《人工智能時（shí）代的機器人3.0新生態》白皮書。在書中，機器人的發展曆程被劃（huá）分為機器人1.0、機器（qì）人2.0、機（jī）器（qì）人3.0三個時代，對機器人的描述也從“對外界環境沒有感知（zhī），隻能單純複現人類的示教動作，在製造業（yè）領域替代工人進行機械性的重複體力勞動。”逐步進化為“除了具有感知能力實現智能協作，還具有理解和決策的能力，達到自主的服務。”和“在（zài）90%，甚至95%的情況可以自主（zhǔ）完（wán）成任務。”
這（zhè）是一種（zhǒng）類似互聯網（wǎng）的（de）多級火箭發展模式，第一階段——關鍵場景（jǐng），把握垂直應用，提高場景、任務、能（néng）力的匹配，提高機器人在關鍵（jiàn）應用場景的能（néng）力，擴大用戶基礎；第二階段——人工增強，通（tōng）過加入持（chí）續學習和場景自適應的能力（lì），延伸服務（wù）能力（lì），取代部分人力，逐（zhú）步實現對（duì）人的替代（dài），讓機器人的（de）能力滿足用戶（hù）預期；第三階段——規模（mó）化，通過雲-邊-端融合（hé）的機器人係統和架構，讓機器人達到數百萬千萬級水平，從而降低價格成本，實現大（dà）規模商用。
根據中國GB/T 39405 2020標準，目前機器人可分為工業機器人、服務（wù）機器人、特種機器人三類。其中，服務機器人的應（yīng）用場景複（fù）雜（zá）、與人交互密切、市（shì）場潛力巨大（dà），對智能化升級最為迫切。數據顯示，2023年中國服務機器人市場規模（mó）達到約600.16億元，近五年年（nián）均複合（hé）增長率達32.41%。而全（quán）球機器人市場規模預計將在未來10年內增長近10倍（bèi），到2030年（nián）全（quán）球機器人市場規（guī）模將達（dá）1600億至2600億美元（yuán）。
而在眾多細分領域中，掃地機器人（rén）又是當前（qián）應用範圍最廣、銷量（liàng）最大的服務機（jī）器人。
中商（shāng）產業研（yán）究院發布（bù）的《2024-2029年中國掃地機器人行業市場前景預測及未來發展趨勢研（yán）究報告》顯示，2019年至2020年是掃地機器人高速（sù）發展的階段，零售量均（jun1）超過600萬（wàn）台，此後2年掃地機器人零售（shòu）量有所下滑。2023年掃地機器人銷（xiāo）售回暖，零售量為458萬台，同比增長4%。2024年1-4月掃地機器人零售量102萬台，同比增長（zhǎng）17%。中商產業（yè）研究院分析師預測，2024年中國掃地機器人零售量將達525萬台。
2019-2024年掃地機器人零售量趨勢圖（tú）（來源（yuán）：中商產業研究院）
因（yīn）此，近年來，國家也出台了一係列政策文件來支持掃地機器人行業（yè）的發展。例如，《關於推動輕工業高（gāo）質量發展（zhǎn）的指導意見》《“機器人+”應用行（háng）動實施方案》《“十四五”機（jī）器人產業發展（zhǎn）規劃》《關於促進綠（lǜ）色智能家電消費若幹措（cuò）施的通知》等文件提出促（cù）進智能（néng）家電消費，推動機器人發展，為掃地機器人行業的發展提供了有力支持。
兆（zhào）易創（chuàng）新掃地機器人解決方案
作為智能生活終端，掃地機器人的核（hé）心競爭力（lì）依托於所選擇的（de）芯片解（jiě）決方案，同時結合軟件算法的（de）協同發揮，最終（zhōng）呈現出產品整體的卓越表現。兆易創新是一家（jiā）堅（jiān）持（chí）“多元化布局”戰略的公司，旗下電機驅動、電源管理、鋰電池充電、信號鏈，以及微控製器（MCU）與閃存（Flash）等芯片產品，已在（zài）掃地機器人行業的領軍品牌中實現了廣泛應（yīng）用。
掃地機器（qì）人係統框圖
掃地（dì）機器（qì）人的核心係統主要分為以下六大類，每一部分都融入了兆易（yì）創新芯片的身影：
1. 移動係統：通（tōng）過有刷電（diàn）機驅動芯片實（shí）現行走輪（lún）靈活（huó）移動與精準避障轉向能力，當遭（zāo）遇門檻、地毯等障礙物時，自動調（diào）整並抬升底盤以順利跨越，從而（ér）在複雜的室內環境中（zhōng）執行全麵細致（zhì）的清掃任務（wù）。
推薦選型：有刷電機驅動芯片GD30DR300x
GD30DR300x是一款集（jí）成電（diàn）流檢（jiǎn）測、故障（zhàng）保護（hù）等功（gōng）能的有刷電機驅動器，支持兩路邏輯控製，集成了4個大電流MOSFET組成的雙向控（kòng）製電路，電機速度可通過PWM控製，頻率（lǜ）最高可達200KHz，支持寬電壓輸入（rù）範圍4.5-45V，最大峰值電流6A，且具備過流保護（OCP），過熱保護（TSD），欠壓鎖定（UVLO）和防MOSFET直通等安全保護功能。該產品規格幾乎適（shì）用於目前所有類型的掃地機（jī）係統需求，尤其是機器人行走輪電機控（kòng）製方案（àn）需求，比如（rú）前轉、後轉、堵轉檢測等功能，還用於避障電機、抬升電（diàn）機（jī）、雷達旋轉等。
GD30DR300x評估板
2. 清潔係統：電機控製（zhì）芯片控製邊刷與主刷的旋轉速度和力度（dù），還有拖地抹布（掃拖一體）的擦拭強度，確保清潔效果既徹底又節能（néng），還可以控（kòng）製拖地水泵（bèng）的出水量，確保拖地效（xiào）果均勻（yún）且不留水漬。電機控製芯片與算法緊密結合，實現強吸塵的同時，盡可能降低（dī）運行噪音。
推薦選型：有刷電（diàn）機驅動芯片（piàn）GD30DR300x
主要應用在水泵，電解水模塊。
推薦選型：無刷電（diàn）機驅動芯片GD30DR8306/8413
該產品係列集成了三（sān）個可單獨控製的半（bàn）橋驅動器（qì），寬（kuān）電壓輸入範圍4.5-30V，其中GD30DR8413集成了功率級（jí），峰值驅動電流高達3A。此外還集成了用於（yú）提供高壓側柵極驅動電流的穩壓自舉電路、集成電源欠壓鎖定（dìng）、過溫保護、預防MOSFET直通等保護功（gōng）能，可防止集成電路和係統因發生故障而損壞。主要應用於掃地機器人主刷、邊（biān）刷、吸塵等無刷電機（jī）場景中。
3. 電源管理係統：包括有鋰電池充電（diàn）、放電控製（MOS控（kòng）製，電池直供）、AFE、電量計等，卓（zhuó）越的電源管理能夠顯著提升設備的續航能（néng）力。
推薦選型：鋰電池充電（diàn）芯片GD30BC2501
掃地機器人是四節鋰電池串聯使用的典型應用場景，充電管（guǎn）理芯片會在（zài）掃地機器人主板上或（huò）在充電塢上，負責對鋰電池充電曲線進行管理，以實現高效，安全的充電。GD30BC2501可為4/6節鋰電（diàn）池充電，寬輸（shū）入電壓（yā）高達32V；支持預充，恒壓和恒電等充電功（gōng）能，支持最高5A的開關充電。提供過流（liú）保護，電池（chí）過溫欠溫保護，過壓欠壓保護，熱關機等安全保護措施；充電效率高達95%。
推薦選型：DC-DC降壓芯片（piàn）GD30DC1350/1500
該產品常被用於一級降壓電路，其最大輸入電壓28V/40V，輸出電流（liú）為3A。
推薦選型：LDO芯片GD30LD2000/2010/240x
該係（xì）列LDO Low Iq的特性可以滿足掃地機器人在待機狀態的低功（gōng）耗需求。其中，GD30LD2000/2010主要（yào）用於二級降壓電（diàn）路，最大輸出為300mA和500mA, GD30LD2000輕負載時靜態電流為0.8uA，±2%輸出電壓精度，<0.1uA關斷電（diàn）流；有熱（rè）關斷保護和限流保護；GD30LD240x是高壓低功（gōng）耗的高性能LDO，輸入電壓可達36/45V，輸出（chū）電流範圍為（wéi）250mA~350mA，常用於（yú）一級降壓（yā）電路。
推薦選型：信號（hào）鏈芯（xīn）片GD30AP321/358/324、GD30AP8631、GD30CP331
GD30AP321/358/324為通用運放、GD30AP8631為中高速運（yùn）放和GD30CP331為通用比較（jiào）器，可實現（xiàn）外部檢測電機電流，並將檢測結果反饋給MCU芯片（piàn）。
4. 感知係統：為了精準識（shí）別（bié）環境、規避障（zhàng）礙並高效導航（háng），掃地機（jī）器人（rén）集成了包括陀螺儀、超聲波傳感器、DTOF（直接飛行（háng）時間）測距傳感器、紅外線傳感器及LDS（激光（guāng）測距傳感（gǎn）器）等（děng）多類感知元件。這些高精度傳感器的協同工作，依賴於高效的數據處（chù）理芯片，以實現環境信息的即時捕捉與（yǔ）精準解析。
推薦選型：超值型MCU係列芯（xīn）片GD32E230/E235和GD32F3x0
GD32E230/E235基於Cortex®-M23內核，主頻（pín）達到72MHz，配備了16KB到128KB的嵌入式閃存及4KB到16KB的SRAM，靜電防護和抗（kàng）幹擾能力強，具備高可靠（kào）性，可（kě）應用於加速度（dù）傳感器、霍爾傳感器、超聲波（bō）傳感（gǎn）器等。
GD32F3x0基於（yú）Cortex®-M4內核（hé），通用入（rù）門款超高性價比芯片，性能優異，外設豐（fēng）富，主頻高達72/84/108MHz，配備16至128K Flash，4至16K SRAM，可用於LDS激光測距傳感（gǎn）器數據采集，處理和控製決策等；GD32E230/E235以及GD32F3x0係列芯片產品保持了完美的軟件代（dài）碼和硬件管腳兼容性，開（kāi）發者可根（gēn）據實際（jì）係統需求靈活地進行選擇切換。
5. 控製係統：MCU與SoC等主控芯片不僅需承載複雜（zá）的算法運算，還需協調各功能模塊的無縫對接。結合數（shù）據存儲（chǔ）支持，主控芯片負責解析感知（zhī）數據（jù），製定導航清掃策（cè）略，並實時調整機器狀態，確保（bǎo）清掃任（rèn）務（wù）的高效執行。
推薦選型：主流（liú）型MCU係列芯片GD32F30x和高（gāo）性能（néng）MCU係（xì）列芯片GD32E50x
GD32F30x基於Cortex-M4內核，通用主流款芯片，主（zhǔ）頻（pín）最（zuì）高120MHz，搭配128至3072KB Flash，48-96KB SRAM，集成豐富的互聯接口，如UART，SPI，QSPI，I2C，I2S，SDIO, CAN，USB OTG FS，EXMC和Ethernet，可對多個（gè）獨立模塊進行高效且靈活的控製，滿足複雜係（xì）統開發需（xū）求。
GD32E50x基於Cortex®-M33內核，主頻（pín）最高180MHz，搭配128KB到512KB Flash，80KB到（dào）128KB SRAM，支持Dual bank讀寫同步（bù）操作，配備硬件（jiàn）三角函數加速（sù）器TMU，提高數學運算的處理（lǐ）效率，支持多路高精度PWM信號輸（shū）出，集成高性能ADC和高（gāo）速比較（jiào）器，進一步增強（qiáng）外設連接性（USB OTG HS，CAN FD，SQPI等），具有高抗噪性（ESD 6Kv）。非常適（shì）用於數據密集、算法密集、傳輸密集的高精度工控和（hé）消費類應用場景。
推薦選型：GD25/55係列SPI NOR Flash
GD25/55係列SPI NOR Flash容量覆蓋廣，時鍾（zhōng）頻率支持133Mhz及以（yǐ）上，IO接口支持1線/2線/4線/8線，以及支持DTR功（gōng）能，NOR Flash多與掃地機的語音模塊、雷（léi）達模塊進行搭配。
推薦選（xuǎn）型：GD5F係列SPI NAND Flash
GD5F係列SPI NAND Flash，容量支持1Gb/2Gb/4Gb，時鍾頻（pín）率133Mhz，內置ECC功能，一般搭配（pèi）SoC方案（àn）用（yòng）於掃地機的導航（háng）模塊。
推薦選型：GDQ係列DDR4和GDP DDR3L
GDQ係列DDR4，容量支持（chí）4Gb/8Gb，速率2400/2666/3200Mbps
GDP係列DDR3L，容量支持2Gb/4Gb，速率1866/2133Mbps
用作於SoC方案（àn）的主存儲器。
6. 基站係（xì）統：一般具備自動（dòng）集塵，自（zì）動上下水，抹布清潔，烘幹以及抑菌（jun1）功（gōng）能，進一步減少家務勞動，解放雙（shuāng）手。
推薦選型：有刷電機驅動芯片GD30DR300x
主要應用在水泵、烘幹，熱風除菌（jun1）等係統。
推薦選型：超值型MCU係列芯片GD32E230/E235和GD32F3x0
用作基站係統控製芯片。
綜上所（suǒ）述，兆易創新憑借全方位的技術布局，出色的產品性能，豐富（fù）完備的生態係統，及時的支持服務響應，在當前的掃地（dì）機器人應用領域（yù）已占據了（le）重要的市場地位。展（zhǎn）望未來，兆易創新（xīn）也將繼續推陳出新，進一步（bù）推（tuī）動該領域智能化發展進程。
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