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作者：兆易創(chuàng )新（GigaDevice） 近年來(lái)，機器人的應用領(lǐng)域和形態(tài)發(fā)展相當快，從家庭、餐廳、到購物中心、酒店，再到倉儲物流、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)習能力的智能機器人正在顛覆人類(lèi)對機器人的傳統認知。 根據《智能機器人行業(yè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)（2023版）》，2022年全球智能機器人市場(chǎng)規模超過(guò)500億美元，2024年將超過(guò)660億美元。這其中，隨著(zhù)中國工業(yè)數字化轉型不斷深入，中國智能機器人市場(chǎng)規模預計在2024年將達到251億美元，CAGR達到20%。工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、特種機器人占全球比例將達到50%、35%和24%。 
智能機器人全球市場(chǎng)規模（資料來(lái)源：IFR、中國信通院、電子學(xué)會(huì )） 智慧服務(wù)機器人迎來(lái)黃金十年 早在2017年，中國信息通信研究院、IDC國際數據集團和英特爾就共同發(fā)布了《人工智能時(shí)代的機器人3.0新生態(tài)》白皮書(shū)。在書(shū)中，機器人的發(fā)展歷程被劃分為機器人1.0、機器人2.0、機器人3.0三個(gè)時(shí)代，對機器人的描述也從“對外界環(huán)境沒(méi)有感知，只能單純復現人類(lèi)的示教動(dòng)作，在制造業(yè)領(lǐng)域替代工人進(jìn)行機械性的重復體力勞動(dòng)�！敝鸩竭M(jìn)化為“除了具有感知能力實(shí)現智能協(xié)作，還具有理解和決策的能力，達到自主的服務(wù)�！焙汀霸�90%，甚至95%的情況可以自主完成任務(wù)�！� 這是一種類(lèi)似互聯(lián)網(wǎng)的多級火箭發(fā)展模式，第一階段——關(guān)鍵場(chǎng)景，把握垂直應用，提高場(chǎng)景、任務(wù)、能力的匹配，提高機器人在關(guān)鍵應用場(chǎng)景的能力，擴大用戶(hù)基礎；第二階段——人工增強，通過(guò)加入持續學(xué)習和場(chǎng)景自適應的能力，延伸服務(wù)能力，取代部分人力，逐步實(shí)現對人的替代，讓機器人的能力滿(mǎn)足用戶(hù)預期；第三階段——規�；�，通過(guò)云-邊-端融合的機器人系統和架構，讓機器人達到數百萬(wàn)千萬(wàn)級水平，從而降低價(jià)格成本，實(shí)現大規模商用。 根據中國GB/T 39405 2020標準，目前機器人可分為工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、特種機器人三類(lèi)。其中，服務(wù)機器人的應用場(chǎng)景復雜、與人交互密切、市場(chǎng)潛力巨大，對智能化升級最為迫切。數據顯示，2023年中國服務(wù)機器人市場(chǎng)規模達到約600.16億元，近五年年均復合增長(cháng)率達32.41%。而全球機器人市場(chǎng)規模預計將在未來(lái)10年內增長(cháng)近10倍，到2030年全球機器人市場(chǎng)規模將達1600億至2600億美元。 而在眾多細分領(lǐng)域中，掃地機器人又是當前應用范圍最廣、銷(xiāo)量最大的服務(wù)機器人。 中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國掃地機器人行業(yè)市場(chǎng)前景預測及未來(lái)發(fā)展趨勢研究報告》顯示，2019年至2020年是掃地機器人高速發(fā)展的階段，零售量均超過(guò)600萬(wàn)臺，此后2年掃地機器人零售量有所下滑。2023年掃地機器人銷(xiāo)售回暖，零售量為458萬(wàn)臺，同比增長(cháng)4%。2024年1-4月掃地機器人零售量102萬(wàn)臺，同比增長(cháng)17%。中商產(chǎn)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(wàn)臺。
2019-2024年掃地機器人零售量趨勢圖（來(lái)源：中商產(chǎn)業(yè)研究院） 因此，近年來(lái)，國家也出臺了一系列政策文件來(lái)支持掃地機器人行業(yè)的發(fā)展。例如，《關(guān)于推動(dòng)輕工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見(jiàn)》《“機器人+”應用行動(dòng)實(shí)施方案》《“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃》《關(guān)于促進(jìn)綠色智能家電消費若干措施的通知》等文件提出促進(jìn)智能家電消費，推動(dòng)機器人發(fā)展，為掃地機器人行業(yè)的發(fā)展提供了有力支持。
兆易創(chuàng )新掃地機器人解決方案 作為智能生活終端，掃地機器人的核心競爭力依托于所選擇的芯片解決方案，同時(shí)結合軟件算法的協(xié)同發(fā)揮，最終呈現出產(chǎn)品整體的卓越表現。兆易創(chuàng )新是一家堅持“多元化布局”戰略的公司，旗下電機驅動(dòng)、電源管理、鋰電池充電、信號鏈，以及微控制器（MCU）與閃存（Flash）等芯片產(chǎn)品，已在掃地機器人行業(yè)的領(lǐng)軍品牌中實(shí)現了廣泛應用。
掃地機器人系統框圖 掃地機器人的核心系統主要分為以下六大類(lèi)，每一部分都融入了兆易創(chuàng )新芯片的身影： 1. 移動(dòng)系統：通過(guò)有刷電機驅動(dòng)芯片實(shí)現行走輪靈活移動(dòng)與精準避障轉向能力，當遭遇門(mén)檻、地毯等障礙物時(shí)，自動(dòng)調整并抬升底盤(pán)以順利跨越，從而在復雜的室內環(huán)境中執行全面細致的清掃任務(wù)。 推薦選型：有刷電機驅動(dòng)芯片GD30DR300x GD30DR300x是一款集成電流檢測、故障保護等功能的有刷電機驅動(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，電機速度可通過(guò)PWM控制，頻率最高可達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（OCP），過(guò)熱保護（TSD），欠壓鎖定（UVLO）和防MOSFET直通等安全保護功能。該產(chǎn)品規格幾乎適用于目前所有類(lèi)型的掃地機系統需求，尤其是機器人行走輪電機控制方案需求，比如前轉、后轉、堵轉檢測等功能，還用于避障電機、抬升電機、雷達旋轉等。
GD30DR300x評估板 2. 清潔系統：電機控制芯片控制邊刷與主刷的旋轉速度和力度，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，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。電機控制芯片與算法緊密結合，實(shí)現強吸塵的同時(shí)，盡可能降低運行噪音。 推薦選型：有刷電機驅動(dòng)芯片GD30DR300x 主要應用在水泵，電解水模塊。 推薦選型：無(wú)刷電機驅動(dòng)芯片GD30DR8306/8413 該產(chǎn)品系列集成了三個(gè)可單獨控制的半橋驅動(dòng)器，寬電壓輸入范圍4.5-30V，其中GD30DR8413集成了功率級，峰值驅動(dòng)電流高達3A。此外還集成了用于提供高壓側柵極驅動(dòng)電流的穩壓自舉電路、集成電源欠壓鎖定、過(guò)溫保護、預防MOSFET直通等保護功能，可防止集成電路和系統因發(fā)生故障而損壞。主要應用于掃地機器人主刷、邊刷、吸塵等無(wú)刷電機場(chǎng)景中。 3. 電源管理系統：包括有鋰電池充電、放電控制（MOS控制，電池直供）、AFE、電量計等，卓越的電源管理能夠顯著(zhù)提升設備的續航能力。 推薦選型：鋰電池充電芯片GD30BC2501 掃地機器人是四節鋰電池串聯(lián)使用的典型應用場(chǎng)景，充電管理芯片會(huì )在掃地機器人主板上或在充電塢上，負責對鋰電池充電曲線(xiàn)進(jìn)行管理，以實(shí)現高效，安全的充電。GD30BC2501可為4/6節鋰電池充電，寬輸入電壓高達32V；支持預充，恒壓和恒電等充電功能，支持最高5A的開(kāi)關(guān)充電。提供過(guò)流保護，電池過(guò)溫欠溫保護，過(guò)壓欠壓保護，熱關(guān)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GD30DC1350/1500 該產(chǎn)品常被用于一級降壓電路，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(mǎn)足掃地機器人在待機狀態(tài)的低功耗需求。其中，GD30LD2000/2010主要用于二級降壓電路，最大輸出為300mA和500mA, GD30LD2000輕負載時(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)斷保護和限流保護；GD30LD240x是高壓低功耗的高性能LDO，輸入電壓可達36/45V，輸出電流范圍為250mA~350mA，常用于一級降壓電路。 推薦選型：信號鏈芯片GD30AP321/358/324、GD30AP8631、GD30CP331 GD30AP321/358/324為通用運放、GD30AP8631為中高速運放和GD30CP331為通用比較器，可實(shí)現外部檢測電機電流，并將檢測結果反饋給MCU芯片。 4. 感知系統：為了精準識別環(huán)境、規避障礙并高效導航，掃地機器人集成了包括陀螺儀、超聲波傳感器、DTOF（直接飛行時(shí)間）測距傳感器、紅外線(xiàn)傳感器及LDS（激光測距傳感器）等多類(lèi)感知元件。這些高精度傳感器的協(xié)同工作，依賴(lài)于高效的數據處理芯片，以實(shí)現環(huán)境信息的即時(shí)捕捉與精準解析。 推薦選型：超值型MCU系列芯片GD32E230/E235和GD32F3x0 GD32E230/E235基于Cortex-M23內核，主頻達到72MHz，配備了16KB到128KB的嵌入式閃存及4KB到16KB的SRAM，靜電防護和抗干擾能力強，具備高可靠性，可應用于加速度傳感器、霍爾傳感器、超聲波傳感器等。 GD32F3x0基于Cortex-M4內核，通用入門(mén)款超高性?xún)r(jià)比芯片，性能優(yōu)異，外設豐富，主頻高達72/84/108MHz，配備16至128K Flash，4至16K SRAM，可用于LDS激光測距傳感器數據采集，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(kāi)發(fā)者可根據實(shí)際系統需求靈活地進(jìn)行選擇切換。 5. 控制系統：MCU與SoC等主控芯片不僅需承載復雜的算法運算，還需協(xié)調各功能模塊的無(wú)縫對接。結合數據存儲支持，主控芯片負責解析感知數據，制定導航清掃策略，并實(shí)時(shí)調整機器狀態(tài)，確保清掃任務(wù)的高效執行。 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，可對多個(gè)獨立模塊進(jìn)行高效且靈活的控制，滿(mǎn)足復雜系統開(kāi)發(fā)需求。 GD32E50x基于Cortex-M33內核，主頻最高180MHz，搭配128KB到512KB Flash，80KB到128KB SRAM，支持Dual bank讀寫(xiě)同步操作，配備硬件三角函數加速器TMU，提高數學(xué)運算的處理效率，支持多路高精度PWM信號輸出，集成高性能ADC和高速比較器，進(jìn)一步增強外設連接性（USB OTG HS，CAN FD，SQPI等），具有高抗噪性（ESD 6Kv）。非常適用于數據密集、算法密集、傳輸密集的高精度工控和消費類(lèi)應用場(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(xiàn)/2線(xiàn)/4線(xiàn)/8線(xiàn)，以及支持DTR功能，NOR Flash多與掃地機的語(yǔ)音模塊、雷達模塊進(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，內置ECC功能，一般搭配SoC方案用于掃地機的導航模塊。 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方案的主存儲器。 6. 基站系統：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：有刷電機驅動(dòng)芯片GD30DR300x 主要應用在水泵、烘干，熱風(fēng)除菌等系統。 推薦選型：超值型MCU系列芯片GD32E230/E235和GD32F3x0 用作基站系統控制芯片。 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，及時(shí)的支持服務(wù)響應，在當前的掃地機器人應用領(lǐng)域已占據了重要的市場(chǎng)地位。展望未來(lái)，兆易創(chuàng )新也將繼續推陳出新，進(jìn)一步推動(dòng)該領(lǐng)域智能化發(fā)展進(jìn)程。 |
