一个扫地机器人的成本是多少?详细解读扫地机器人原理和硬件构成

转载 机器人观察  2021-02-19 22:34:19  阅读 55 次 评论 0 条

伴随时代的发展,扫地机器人已经成为不少家庭的必需品。

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扫地机器人 | 图片来自网络

扫地机器人可以清洁床底,清理各种卫生死角,可以与主人互动,甚至可以作为宠物的玩具,总之扫地机器人已经成为了大家都喜欢使用“智慧家电”。

扫地机器人家庭普及率:

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2015-2019年扫地机器人销量 | 数据来自奥维罗盘

扫地机机器人兴起的时间并不长,从2015年开始爆发,到2019年,中国市场扫地机器人销量接近450万台/年。

扫地机器人属于城市年轻家庭非常欢迎的产品,更主要要的是,这玩意真的可以做好家务。美国扫地机机器人的家庭渗透率最高,2018年达到16%。中国扫地机器人的渗透率略低。

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2018年扫地机器人渗透率 | 数据来自GFK

中国扫地机器人的普及率仍然低于5%。从美国的扫地机器人普及率来说,中国仍然有极大的增长空间。

那么售价动辄高达几千元的扫地机器人,成本到底是多少?

要了解扫地机器人的成本构成,咱们就需要先了解清楚:扫地机器人的工作原理,扫地机器人的硬件构成。

扫地机器人的工作原理

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扫地机器人主要工作原理

既然是扫地机器人,我们将这个机器人同人类做对比。

1、扫地机器人眼睛,耳朵,如何知道房间是什么样子?房间里柜子,鞋子,床,座椅,人都在什么地方?他能不能知道这些东西都是什么?

扫地机器人的眼睛:就是激光雷达,激光雷达主要用来测量距离和识别物体。

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激光雷达的两大功能 | 图为无人驾驶汽车的激光导航

我们经常能够看到,扫地机器人上面有摄像头。目前SLAM+视觉的导航方式,主要应用在无人驾驶技术上面,例如特斯拉,百度appollo,这些无人驾驶系统上面。这主要原因在于对于CPU的算法和功耗更大。

目前扫地机器人的摄像头的主要作用,并不是用来识别物体,而是用来同“主人”沟通中,可以获取到包括面部识别等信息。识别物体主要还是激光导航传感器。

激光导航传感器,主要是构建反射物的轮廓,通过轮廓来对比这个物体大致的现实产品。

扫地机器人的耳朵,其实就是麦克风。这个跟我们常用的SIRI,还有小度,天猫精灵都是一个原理。一个麦克风+CPU芯片中的语音智能算法,扫地机器人就可以跟你对答如流了。

有一些扫地机器人,在距离上面的测距使用的是超声波测距传感器。这个也属于扫地人的耳朵,这个主要用在避障方面。

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激光和超声波传感器的位置

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在侧边的超声波传感器

跟人的眼睛一样,扫地机器人的激光传感器也是在最高的位置。这个真的是整个扫地机器人最贵的地方。可别不小心损坏了,这玩意换一个也有不少钱。(咱们后面有详细说具体价格)

2、大脑+小脑,也就是扫地机器人的核心处理器:3大核心处理器

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核心处理器

市面上面常见的扫地机器人都是使用的ARM架构的处理器芯片。这玩意跟电脑CPU(X86架构)是一个作用。内置的算法以及人机交互的架构都在这里运行。

1、主控制芯片主要用来做上层应用。包括操作系统及语音,视觉,UI界面交互都是由主控芯片管理,例如小米扫地机器人使用的Allwinner ARM Cortel-A7架构的四核处理器。

2、微控制器主要用来进行路径规划。运行SLAM导航算法,建立房间虚拟三维空间地图。

3、数字信号处理器。这主要是为控制芯片进行路径规划后,下发指令给执行的电机,包括舵轮(扫地机人前进,转向的轮子),扫地刷的电机,吸尘器的电机,让这些电机工作。

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扫地机器人电路板上面的结构件及核心部件 | 小米扫地机器人

扫地机器人的大脑主要用来规划路径,避障,以及人机交互,例如:人类设定打扫范围,以及语音指导扫地机器人进行打扫,都需要处理器进行处理后,将指令下发到执行机构。

小脑属于跟执行层最近的控制区域,例如我们上面说的,后面两个处理器:数字信号处理器和微控制器都是对执行层(电机),进行控制和回馈外部信息的处理器。

小米及TCL等扫地机器人都适用意法半导体的M3微控制芯片作为路径规划的控制芯片。

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路径规划的芯片

3、执行机构:电机(无刷电机或者是无刷电机)

扫地机器人执行机构为三种:行走的舵机,扫地的电机,吸尘器电机。扫起来的灰尘被吸入存储区就是扫地机器人的工作过程。

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扫地机器人扫和吸的位置

这三个部位的执行机构,行走电机和扫地的电机一般采用有刷电机,速度慢,出力大。吸尘器电机一般都采用无刷直流电机,转速高,体积小,无刷电机在高速转动中可以产生1500pa以上的吸力。

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有刷或者无刷电机

有不少朋友疑惑,扫地机器人的有刷电机和无刷电机的区别?

插入一个知识点:

从成本上面考虑,无刷电机可以做到20000转/分钟——12万转/分钟(这个就是戴森那个网红吹吹风机的最高转速),无刷做到高转速成本比有刷的要低很多。

有刷电机,高转速一般应用在超高精度的精密仪器上面,因为有刷电机想要做到超高速的时候,换向器的磨损就比较严重。能够做到有刷超高速电机的技术,整个行业内都不多。

我们市面上面常见的有刷小马达,那个转速都比较低,一般都在一万转一下,价格非常便宜。一个就几块钱,甚至低于1块钱。

扫地机器人想要达到大吸力,使用无刷直流电机属于非常合适的选择。

并且伴随着2010年后,空心杯电机的绕线机技术专利保护达到有效期失效以后,国内深圳,东莞一代做无刷直流小电机的厂商多达上千家。所以无刷电机的价格也下来了。

如果有兴趣的可以去找一个MAXON冯哈伯电机了解一下,这都是给火星探测车,造无刷电机的品牌。(这个涉及的内容就跟扫地机器人不太相关了,不细说了)

所以说,买扫地机器人的时候,不用过于纠结有刷电机和无刷电机。

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扫地和吸尘的结构

从原理上面来说,扫地机器人的核心在于:激光导航+路径规划+扫地和吸尘的能力。

所以行业内的扫地机器人厂商,核心技术基本上都聚焦在激光导航和路径规划上面,还有会添加一些人性化的设计,例如语音互动等等。

整个扫地机器人的硬件构成就可以用一张图浓缩一下。

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主要构成

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扫地机器人硬件构成 | 图来自小米社区

聊完所有的构成后,不少人心中都有各个部件的重要性的排列顺序了吧!

那么咱们来看看一个扫地机器人(高端类型扫地机器人),成本到底是多少?

我们先来看看市场上面扫地机器人的售价:

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扫地机器人售价

我们来看看帕米尔数据(2019年),给出的一些匿名的各产品的大致的成本。(涉及到行业各品牌,隐藏名称比较合适)

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扫地机器人成本分布

扫地机器人最贵的硬件主要是:控制板(PCB主板)(70-240元人民币),激光导航传感器(130元-200元)。

一个高端的扫地机器人核算一下大致的成本在600-900元人民币。

当然你也别较真,毕竟整个数据的零部件报价,是按照单独产品的市场价来计算,实际生产有可能会高一些。

对于一个消费品,硬件成本可能只有30%-50%,软件成本+营销成本,占据另外50%的比重。这也就是为什么一台好一些的扫地机器人,售价可能高达3000元的原因。

扫地机器人发展前景:

扫地机器人目前已经成为家庭广受欢迎的产品。在未来大量的城市家庭智能化程度更高,扫地机器人势必会成为必备品。

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