解锁扫地机器人里的智慧“芯”动力
2025-3-18 来源：兆易 作者：-
近年来，机器人的应用领域和形态发展相当快，从家庭、餐厅、到购物中心、酒店，再到仓储物流、工业装备制造，几乎无处不在。尤其值得关注的，是近年来机器人正逐渐从自动化向智能化、自主化蜕变，具备自我学习能力的智能机器人正在颠覆人类对机器人的传统认知。
根据《智能机器人行业技术产业发展白皮书（2023版）》，2022年全球智能机器人市场规模超过500亿美元，2024年将超过660亿美元。这其中，随着中国工业数字化转型不断深入，中国智能机器人市场规模预计在2024年将达到251亿美元，CAGR达到20%。工业机器人、服务机器人、特种机器人占全球比例将达到50%、35%和24%。
智能机器人全球市场规模（资料来源：IFR、中国信通院、电子学会）
智慧服务机器人迎来黄金十年
早在2017年，中国信息通信研究院、IDC国际数据集团和英特尔就共同发布了《人工智能时代的机器人3.0新生态》白皮书。在书中，机器人的发展历程被划分为机器人1.0、机器人2.0、机器人3.0三个时代，对机器人的描述也从“对外界环境没有感知，只能单纯复现人类的示教动作，在制造业领域替代工人进行机械性的重复体力劳动。”逐步进化为“除了具有感知能力实现智能协作，还具有理解和决策的能力，达到自主的服务。”和“在90%，甚至95%的情况可以自主完成任务。”
这是一种类似互联网的多级火箭发展模式，第一阶段——关键场景，把握垂直应用，提高场景、任务、能力的匹配，提高机器人在关键应用场景的能力，扩大用户基础；第二阶段——人工增强，通过加入持续学习和场景自适应的能力，延伸服务能力，取代部分人力，逐步实现对人的替代，让机器人的能力满足用户预期；第三阶段——规模化，通过云-边-端融合的机器人系统和架构，让机器人达到数百万千万级水平，从而降低价格成本，实现大规模商用。
根据中国GB/T 39405 2020标准，目前机器人可分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。其中，服务机器人的应用场景复杂、与人交互密切、市场潜力巨大，对智能化升级最为迫切。数据显示，2023年中国服务机器人市场规模达到约600.16亿元，近五年年均复合增长率达32.41%。而全球机器人市场规模预计将在未来10年内增长近10倍，到2030年全球机器人市场规模将达1600亿至2600亿美元。
而在众多细分领域中，扫地机器人又是当前应用范围最广、销量最大的服务机器人。
中商产业研究院发布的《2024-2029年中国扫地机器人行业市场前景预测及未来发展趋势研究报告》显示，2019年至2020年是扫地机器人高速发展的阶段，零售量均超过600万台，此后2年扫地机器人零售量有所下滑。2023年扫地机器人销售回暖，零售量为458万台，同比增长4%。2024年1-4月扫地机器人零售量102万台，同比增长17%。中商产业研究院分析师预测，2024年中国扫地机器人零售量将达525万台。
2019-2024年扫地机器人零售量趋势图（来源：中商产业研究院）
因此，近年来，国家也出台了一系列政策文件来支持扫地机器人行业的发展。例如，《关于推动轻工业高质量发展的指导意见》《“机器人+”应用行动实施方案》《“十四五”机器人产业发展规划》《关于促进绿色智能家电消费若干措施的通知》等文件提出促进智能家电消费，推动机器人发展，为扫地机器人行业的发展提供了有力支持。
兆易创新扫地机器人解决方案
作为智能生活终端，扫地机器人的核心竞争力依托于所选择的芯片解决方案，同时结合软件算法的协同发挥，最终呈现出产品整体的卓越表现。兆易创新是一家坚持“多元化布局”战略的公司，旗下电机驱动、电源管理、锂电池充电、信号链，以及微控制器（MCU）与闪存（Flash）等芯片产品，已在扫地机器人行业的领军品牌中实现了广泛应用。
扫地机器人系统框图
扫地机器人的核心系统主要分为以下六大类，每一部分都融入了兆易创新芯片的身影：
1. 移动系统：通过有刷电机驱动芯片实现行走轮灵活移动与精准避障转向能力，当遭遇门槛、地毯等障碍物时，自动调整并抬升底盘以顺利跨越，从而在复杂的室内环境中执行全面细致的清扫任务。
推荐选型：有刷电机驱动芯片GD30DR300x
GD30DR300x是一款集成电流检测、故障保护等功能的有刷电机驱动器，支持两路逻辑控制，集成了4个大电流MOSFET组成的双向控制电路，电机速度可通过PWM控制，频率最高可达200KHz，支持宽电压输入范围4.5-45V，最大峰值电流6A，且具备过流保护（OCP），过热保护（TSD），欠压锁定（UVLO）和防MOSFET直通等安全保护功能。该产品规格几乎适用于目前所有类型的扫地机系统需求，尤其是机器人行走轮电机控制方案需求，比如前转、后转、堵转检测等功能，还用于避障电机、抬升电机、雷达旋转等。
GD30DR300x评估板
2. 清洁系统：电机控制芯片控制边刷与主刷的旋转速度和力度，还有拖地抹布（扫拖一体）的擦拭强度，确保清洁效果既彻底又节能，还可以控制拖地水泵的出水量，确保拖地效果均匀且不留水渍。电机控制芯片与算法紧密结合，实现强吸尘的同时，尽可能降低运行噪音。
推荐选型：有刷电机驱动芯片GD30DR300x
主要应用在水泵，电解水模块。
推荐选型：无刷电机驱动芯片GD30DR8306/8413
该产品系列集成了三个可单独控制的半桥驱动器，宽电压输入范围4.5-30V，其中GD30DR8413集成了功率级，峰值驱动电流高达3A。此外还集成了用于提供高压侧栅极驱动电流的稳压自举电路、集成电源欠压锁定、过温保护、预防MOSFET直通等保护功能，可防止集成电路和系统因发生故障而损坏。主要应用于扫地机器人主刷、边刷、吸尘等无刷电机场景中。
3. 电源管理系统：包括有锂电池充电、放电控制（MOS控制，电池直供）、AFE、电量计等，卓越的电源管理能够显著提升设备的续航能力。
推荐选型：锂电池充电芯片GD30BC2501
扫地机器人是四节锂电池串联使用的典型应用场景，充电管理芯片会在扫地机器人主板上或在充电坞上，负责对锂电池充电曲线进行管理，以实现高效，安全的充电。GD30BC2501可为4/6节锂电池充电，宽输入电压高达32V；支持预充，恒压和恒电等充电功能，支持最高5A的开关充电。提供过流保护，电池过温欠温保护，过压欠压保护，热关机等安全保护措施；充电效率高达95%。
推荐选型：DC-DC降压芯片GD30DC1350/1500
该产品常被用于一级降压电路，其最大输入电压28V/40V，输出电流为3A。
推荐选型：LDO芯片GD30LD2000/2010/240x
该系列LDO Low Iq的特性可以满足扫地机器人在待机状态的低功耗需求。其中，GD30LD2000/2010主要用于二级降压电路，最大输出为300mA和500mA, GD30LD2000轻负载时静态电流为0.8uA，±2%输出电压精度，<0.1uA关断电流；有热关断保护和限流保护；GD30LD240x是高压低功耗的高性能LDO，输入电压可达36/45V，输出电流范围为250mA~350mA，常用于一级降压电路。
推荐选型：信号链芯片GD30AP321/358/324、GD30AP8631、GD30CP331
GD30AP321/358/324为通用运放、GD30AP8631为中高速运放和GD30CP331为通用比较器，可实现外部检测电机电流，并将检测结果反馈给MCU芯片。
4. 感知系统：为了精准识别环境、规避障碍并高效导航，扫地机器人集成了包括陀螺仪、超声波传感器、DTOF（直接飞行时间）测距传感器、红外线传感器及LDS（激光测距传感器）等多类感知元件。这些高精度传感器的协同工作，依赖于高效的数据处理芯片，以实现环境信息的即时捕捉与精准解析。
推荐选型：超值型MCU系列芯片GD32E230/E235和GD32F3x0
GD32E230/E235基于Cortex®-M23内核，主频达到72MHz，配备了16KB到128KB的嵌入式闪存及4KB到16KB的SRAM，静电防护和抗干扰能力强，具备高可靠性，可应用于加速度传感器、霍尔传感器、超声波传感器等。
GD32F3x0基于Cortex®-M4内核，通用入门款超高性价比芯片，性能优异，外设丰富，主频高达72/84/108MHz，配备16至128K Flash，4至16K SRAM，可用于LDS激光测距传感器数据采集，处理和控制决策等；GD32E230/E235以及GD32F3x0系列芯片产品保持了完美的软件代码和硬件管脚兼容性，开发者可根据实际系统需求灵活地进行选择切换。
5. 控制系统：MCU与SoC等主控芯片不仅需承载复杂的算法运算，还需协调各功能模块的无缝对接。结合数据存储支持，主控芯片负责解析感知数据，制定导航清扫策略，并实时调整机器状态，确保清扫任务的高效执行。
推荐选型：主流型MCU系列芯片GD32F30x和高性能MCU系列芯片GD32E50x
GD32F30x基于Cortex-M4内核，通用主流款芯片，主频最高120MHz，搭配128至3072KB Flash，48-96KB SRAM，集成丰富的互联接口，如UART，SPI，QSPI，I2C，I2S，SDIO, CAN，USB OTG FS，EXMC和Ethernet，可对多个独立模块进行高效且灵活的控制，满足复杂系统开发需求。
GD32E50x基于Cortex®-M33内核，主频最高180MHz，搭配128KB到512KB Flash，80KB到128KB SRAM，支持Dual bank读写同步操作，配备硬件三角函数加速器TMU，提高数学运算的处理效率，支持多路高精度PWM信号输出，集成高性能ADC和高速比较器，进一步增强外设连接性（USB OTG HS，CAN FD，SQPI等），具有高抗噪性（ESD 6Kv）。非常适用于数据密集、算法密集、传输密集的高精度工控和消费类应用场景。
推荐选型：GD25/55系列SPI NOR Flash
GD25/55系列SPI NOR Flash容量覆盖广，时钟频率支持133Mhz及以上，IO接口支持1线/2线/4线/8线，以及支持DTR功能，NOR Flash多与扫地机的语音模块、雷达模块进行搭配。
推荐选型：GD5F系列SPI NAND Flash
GD5F系列SPI NAND Flash，容量支持1Gb/2Gb/4Gb，时钟频率133Mhz，内置ECC功能，一般搭配SoC方案用于扫地机的导航模块。
推荐选型：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方案的主存储器。
6. 基站系统：一般具备自动集尘，自动上下水，抹布清洁，烘干以及抑菌功能，进一步减少家务劳动，解放双手。
推荐选型：有刷电机驱动芯片GD30DR300x
主要应用在水泵、烘干，热风除菌等系统。
推荐选型：超值型MCU系列芯片GD32E230/E235和GD32F3x0
用作基站系统控制芯片。
综上所述，兆易创新凭借全方位的技术布局，出色的产品性能，丰富完备的生态系统，及时的支持服务响应，在当前的扫地机器人应用领域已占据了重要的市场地位。展望未来，兆易创新也将继续推陈出新，进一步推动该领域智能化发展进程。
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