扫地机器人的工作原理和应用芯片

日常工作繁忙，回到家不想动手做家务，但是每天地上的毛发、食物残渣、床底、箱柜等各种清洁看着实在揪心。想要从繁重的家庭清洁中解放出来，扫地机器人成为广大民众的一个选择。

扫地机器人体型小巧灵活，可以轻松清理到人力清理不到的死角，如床底、沙发底处，它都可以钻进去打扫。另外整个清洁过程不需要人控制，它会自动完成工作，减轻操作负担，使用者可以通过手机APP实时操作扫地机器人，掌握清扫路径及清扫进度，成为现实版的“ 田螺姑娘 ”。

那么一台扫地机器人是如何实现运作的呢？它又需要用到哪些芯片？

 01 扫地机器人的工作原理

扫地机器人的工作原理是通过搭载在机器人上的传感器和控制系统，对家居环境进行实时感知和识别，从而能够自主规划清洁路线，并利用各种清洁工具对地面进行清洁。自动扫地机器人的核心技术包括图像处理、机器学习、路径规划等方面，通过这些技术的综合应用，机器人能够逐步实现自主化和智能化。

在技术发展的过程中，扫地机器人经历了许多重大的转变。

最初，扫地机器人只能沿着预先设定的路径行走，对于环境的变化和不同的清扫需求无法做出有效的反应。而随着机器人技术的进步，扫地机器人开始具备了一定的智能，能够实现自主导航和避障功能，同时还能够识别并清理不同的污渍。

发展至今，扫地机器人已经拥有仿生机械臂技术，识别到墙边、桌椅腿、床边等难以清扫的边角地带时，扫地机器人会通过仿生机械臂将拖布盘外扩，像人手一样擦拭污渍。可以看到，扫地机器人正加速迈进“iPhone时刻”。

扫地机器人之所以越来越好用，离不开各种先进技术的研发与投入，包括硬件的叠加。 

 02 一台扫地机器人，用到哪些芯片

一台扫地机器人主要包含主控芯片、传感器芯片、电源管理芯片、WiFi芯片、存储芯片和视觉芯片等。

主控芯片是扫地机器人的“大脑”，负责控制机器人的整体运行和智能决策。具体来看，主控芯片通过接收来自传感器的数据，根据预设的算法和程序，对数据进行处理和分析，然后输出相应的控制指令，控制机器人的运动和行为。

此外，主控芯片还可以根据机器人的运行状态和环境变化，进行实时的调整和优化，使得机器人能够更好地适应各种复杂的清洁任务。

传感器芯片用于感知和判断环境，比如通过激光雷达、超声波或红外线等方式来探测和识别周围的物体和环境。传感器芯片可以感知机器人的电量、速度、温度等自身状态，以及周围环境中的障碍物、家具位置、距离等信息。

这些信息被主控芯片接收和处理后，可以控制机器人的运动和行为，实现自主导航、避障、清扫等功能。

电源管理芯片可以对扫地机器人的电池进行充电和放电管理，控制电池的电压和电流，保证电池的安全和寿命。同时，电源管理芯片还可以对机器人的电源进行监控和保护，防止过充、过放、过流等问题的发生，保证机器人的正常运行。

此外，电源管理芯片还可以对机器人的电源进行节能控制，根据机器人的运行状态和环境变化，进行实时地调整和优化，使得机器人能够更加高效地使用电源，延长电池寿命。

WiFi芯片的作用主要是实现与手机或其他智能设备的连接，以便于用户进行远程控制和监控。具体来说，WiFi芯片可以接收来自主控芯片的控制指令，通过内置的WiFi模块，将指令发送到网络中，与手机或其他智能设备建立连接。用户可以通过手机或其他智能设备发送控制指令，控制扫地机器人的运行和清洁任务。

同时，WiFi芯片还可以将扫地机器人的运行状态、电量信息、故障记录等数据发送到手机或其他智能设备中，方便用户进行远程监控和管理。

存储芯片用来记录机器人的运行轨迹、清扫路径、电量信息、故障记录等数据，以便于后续的分析和优化。同时，存储芯片还可以存储机器人的控制程序和算法，确保机器人的正常运行。

视觉芯片可以接收来自摄像头的图像数据，通过内置的算法和图像处理技术，对图像进行分析和处理，提取出有用的信息，如地面的颜色、纹理、障碍物的形状和位置等。

这些信息被主控芯片接收和处理后，可以控制机器人的运动和行为，实现更加精准地清扫。同时，视觉芯片还可以帮助机器人识别不同的地面类型和污渍类型，自动调整清扫方案和清洁剂的使用量，提高清洁效果和效率。

 03 这些芯片，谁来供应？   主控芯片

主控芯片常见的芯片类型为 32 位 MCU，部分采用集成度更高的 SOC 或 AI 芯片。主控芯片常见的国内供应商有全志科技、瑞芯微、兆易创新等，国外主要供应商有意法半导体、高通、恩智浦等。

STM32F系列控制芯片是意法半导体公司推出的一款微控制器芯片，它具有低功耗、高性能、高可靠性等特点，并且广泛应用于扫地机器人、智能家居等领域。比如石头科技T6就是选用了MCU大厂ST的STM32F1系列，在可接受的成本范围内，该系列MCU在集成一流的外设和低功耗、低电压运行等基础上实现了高性能。

全志科技的MR系列芯片已经广泛应用在扫地机器人、四足机器狗等产品上。当下主流的高竞争力处理器MR813芯片是高性能SOC，采用4核A53架构，主频高达1.6GHz，拥有丰富的音视频接口和运动驱动接口。

石头科技推出的扫拖地机器人G10S、追觅S10、云鲸2小白鲸扫拖机器人、米家全能扫拖机器人都采用了全志科技的MR813芯片。

同为扫地机器人芯片大户的瑞芯微，曾推出的四套“ AI人工智能扫地机器人”芯片级解决方案——RK3399、RV1108、RK3326及RK3308在扫地机器人领域亦是极具代表性。其中，旗舰级RK3399芯片采用 AI+VSLAM 定位导航技术，RV1108 及 RK3326 支持 VSLAM 图像视觉定位导航技术， RK3308 可实现主流激光导航技术，助力行业高效解决产品痛点，全面覆盖从入门级到高端的扫地机器人产品。

瑞芯微产品已经进入科沃斯供应链系统，近年来科沃斯已推出多款搭载RK3188、RV110X芯片方案的产品。

兆易创新在扫地机器人芯片方面也有所涉足。例如，云米的扫拖机器人3C系列就使用了兆易创新的GD32F103VCT6系列主控MCU。科沃斯DG710则和云米一样采用了兆易创新GD32F103VxT6系列。

传感器芯片

传感器芯片的种类很多，包括激光雷达、超声波、红外线等。其中，激光雷达是最为常用的一种，通过发射激光束探测并绘制环境地图，准确地定位和避免障碍物，从而保证扫地机器人的安全性和准确性。

德州仪器用于扫地机器人的传感器芯片包括压力传感器、加速度传感器、陀螺仪等。比如基于 ToF 的 OPT3101在扫地机器人中的应用：OPT3101抗干扰性能强，精度高的特点。非常适合在扫地机器人中实现自主避障检测功能。与传统红外的方式对比，可以实现精确距离信号的检测，一致性更好，抗光强干扰能力更好。

ADI也是一家专注于模拟和混合信号技术的公司，其产品也常被应用于扫地机器人的传感器芯片中，比如AD698SQ等。

针对扫地机，中国汇顶科技可提供低、中、高三个解决方案：WALLE64F系列、WALLE120F系列、WALLE120LB系列，其中WALLE64F的视角＜64%uB0，WALLE120F和WALLE120LB的视角＞100%uB0；WALLE64F和WALLE120F这两个系列以避障为主，高端的WALLE 120LB系列通过线阵方式实现避障和导航二合一功能，1传感器+1接收端+2驱动器的组合在成本上更具优势。

矽睿科技的新一代高性能地磁传感器QMC6310，匹配了传感器融合算法解决方案，可以解决强磁场的高速检测，高抗干扰性的导航运动算法等。为扫地机器人、工业领域等高可靠性、高性能客户提供优质的地磁传感器。

歌尔股份和华工科技在智能家居传感器领域也均有所布局。

电源管理芯片

随着物联网设备中各类芯片的增加以及对低功耗的需求，该领域电源管理芯片需求有望持续增长。而扫地机器人等智能家居产品出货量持续上升，也将进一步带动电源管理芯片的市场需求。

尽管市场前景不错，但目前TI、ADI、高通、英飞凌等境外企业占据80%以上的市场份额。

国外厂商品类齐全、覆盖领域多，竞争力强，单从企业规模来看，国内模拟芯片企业与国外巨头还有较大的差距，这主要体现在尖端产品的性能、工艺、技术迭代等方面。不过，在细分领域或者某一颗产品方面，国内部分产品已超过国外企业水平，尤其是在中低端芯片方面，国内厂商会根据市场、客户的需求进行优化，其性价比已超过部分国外企业，具有较强竞争力。国内排名靠前厂商包括矽力杰、士兰微、圣邦股份、芯朋微、晶丰明源、上海贝岭等。

目前全志科技已经成为科沃斯和石头科技产品供应商。近日，圣邦微电子公司的具有动态功率管理功能的 NVDC 架构 1 至 4 节锂电池升降压充电控制器 SGM41570 荣获“年度最佳电源管理芯片”奖项。该产品为笔记本电脑、扫地机器人等应用设备提供高效率的充电及路径管理解决方案。

WiFi芯片

目前，国际厂商博通、德州仪器等可提供扫地机器人用的WiFi芯片。

国内的一些芯片设计企业如乐鑫科技、联发科等也积极投入研发，为扫地机器人提供国产化的WiFi芯片解决方案。比如通过乐鑫科技的ESP8266 WiFi模块，用户可以通过手机APP或者其他设备远程控制扫地机器人。用户可以通过APP设置扫地机器人的清扫区域、清扫时间等参数，同时也可以实时查看扫地机器人的运行状态和位置信息。

此外，紫光展锐也是业界少数能够提供基于融合技术的室内定位解决方案的芯片厂商之一。其V5663是一款支持Wi-Fi 5+蓝牙5+MCU的AIoT解决方案，具有技术领先、算力强大、安全可靠、应用丰富、易于开发五大特性，可广泛应用于智能家居、医疗、仓储物流等多个应用场景。

存储芯片

扫地机器人用的存储芯片主要是DRAM和NAND闪存。存储市场的供应商比较清晰，国际厂商主要有三星、SK海力士、美光、铠侠、西部数据等。

不过，中国已初步完成在存储芯片领域的战略布局。兆易创新、东芯半导体和紫光国芯等厂商大都瞄准利基型DRAM市场，比如TV、机顶盒、安防和特定应用领域等。只是在扫地机器人的具体应用上未有详细披露。

视觉芯片

扫地机器人上的视觉芯片主要由一些知名的半导体厂商提供，例如恩智浦、三星等。这些厂商提供了各种类型的视觉芯片，如CMOS图像传感器、图像信号处理器等，以满足扫地机器人等智能家居设备的需求。

国外在扫地机器人的视觉导航方面的研究起步早，已有多款产品采用了视觉导航技术。而国内扫地机器人厂商在视觉导航领域的研究起步较晚，与国外尚存在一定的差距。

中国厂商中，舜宇光学科技、欧菲光等都在提供扫地机器人上的视觉芯片。

舜宇光学科技是光电行业领先的机器人视觉系统方案解决商。舜宇智能光学为科沃斯旗下子品牌Yeedi一点提供扫地机器人导航、避障视觉方案。在Yeedi 2022年推出的年度旗舰新品KK系列扫地机器人中，由舜宇智能光学提供导航+避障“二合一”TOF方案，通过创新3D面阵TOF传感器，在兼顾避障应用所需广角的同时，将探测距离做到了史无前例的7m。

此外，舜宇智能光学与石头科技合作多年。石头科技发布2022年度旗舰产品自清洁扫拖机器人G10S系列，由舜宇智能光学提供小型化3D线性结构光传感器以及AI传感器，为扫地机器人提供了深度距离信息+彩色图像信息。

欧菲光在机器人业务领域的主要产品包括扫地机器人、仿生机器人和服务机器人等。欧菲光研发出RGB+ToF系统级产品，拥有完全自主的ToF标定方案，并能实现RGB+ToF的双体标定和融合，双摄融合精度较高，可实现测距从0.5米到20米的双体融合，产品性能属于业界领先水平，为客户提供各种场景下的3D需求应用。

一微半导体是小米投资的一家以机器运动控制和SLAM技术为核心的企业。一微半导体的芯片，支持惯性导航、激光导航到视觉导航多方案，全面覆盖从入门级到高端级别扫地机器人产品。比如：在视觉导航技术上，一微半导体的旗舰级AM680芯片及方案采用AI+VSLAM定位导航技术，可让扫地机器人导航技术直接跨入第四代，真正实现行业AI人工智能化，配合图像识别、大数据、深度学习、智能算法，将AI人工智能与扫地机器人完美融合。

 04 专用芯片是大势所趋   目前在扫地机器人市场，普遍采用的是通用芯片，且大多采用的是第三方开源算法与方案。通用芯片由于系统庞大，需要手机级别的处理器，并外挂DDR等众多物料，同时还需要一个专门用来控制的单片机，系统复杂且效能低，因此专用芯片应运而生。

专用SoC芯片具有尺寸小、低功耗、成本效益高、算力高等优点，通过专用芯片集成SLAM算法与运动控制等关键单元，大大简化了方案设计的复杂度，同时专用芯片的高度集成化也大大降低了扫地机方案的BOM成本。专用芯片也逐渐成为新的宠儿，进入扫地机器人的主流市场。

扫地机器人专用芯片的应用前景

首先，在智能化升级方面，随着人工智能技术的不断发展，扫地机器人将会越来越智能化。扫地机器人专用芯片将成为实现这一目标的关键技术之一，推动扫地机器人的智能化升级。

其次，在多元化应用方面，除了传统的扫地功能外，扫地机器人还可以拓展到其他领域，如家庭安防、空气净化等。扫地机器人专用芯片可以支持这些多元化应用，提高扫地机器人的附加值。

最后，在全球化市场方面，随着全球化的加速发展，扫地机器人市场将会越来越广阔。扫地机器人专用芯片将成为推动全球扫地机器人市场发展的重要力量，满足全球消费者的需求。

因此，在未来的发展中，扫地机器人专用芯片将会成为大势所趋，引领智能家居行业的发展潮流。  

审核编辑：黄飞