電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）據(jù)Statista數(shù)據(jù)顯示，2023年全球智能割草機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模約15億美元，預(yù)計(jì)2025年將增至30億美元，2030年更有望突破80億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率超20%。這一爆發(fā)式增長(zhǎng)背后，是家庭庭院、商業(yè)草坪等場(chǎng)景對(duì)高效智能割草設(shè)備的迫切需求。然而，戶外復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)時(shí)間自主作業(yè)，對(duì)割草機(jī)器人的系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性以及功耗控制提出了嚴(yán)苛挑戰(zhàn)。如何在保障高精度導(dǎo)航、復(fù)雜地形適應(yīng)性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低功耗與長(zhǎng)續(xù)航，成為行業(yè)亟待突破的技術(shù)瓶頸。

在此背景下，電子發(fā)燒友特別采訪了匠芯創(chuàng)產(chǎn)品總監(jiān)徐勇，深入探討割草機(jī)器人上游核心部件的技術(shù)突破與未來(lái)趨勢(shì)。

從工業(yè)到戶外的精準(zhǔn)布局

匠芯創(chuàng)是一家深耕工業(yè)級(jí)RISC-V SoC芯片設(shè)計(jì)的公司，在割草機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中扮演著核心控制與驅(qū)動(dòng)解決方案供應(yīng)商的角色。其主打產(chǎn)品M7000系列高性能實(shí)時(shí)DSP處理器，基于32bit雙核RISC-V架構(gòu)，集成了硬件電流環(huán)（HCL）、高精度PWM、編碼器接口及豐富通信外設(shè)。這一系列芯片可廣泛應(yīng)用于割草機(jī)器人的主控、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)航協(xié)處理和能源管理等核心環(huán)節(jié)，為整機(jī)提供高實(shí)時(shí)、高性能、高可靠、低功耗的控制基礎(chǔ)。

徐勇表示，匠芯創(chuàng)進(jìn)入割草機(jī)器人領(lǐng)域，源于其在工業(yè)自動(dòng)化、AGV、具身智能、機(jī)器狗與實(shí)時(shí)工業(yè)總線EtherCAT等領(lǐng)域的深厚積累。這些技術(shù)經(jīng)驗(yàn)自然延伸至對(duì)高可靠性與實(shí)時(shí)性要求極高的戶外機(jī)器人市場(chǎng)，尤其是割草機(jī)器人。目前，匠芯創(chuàng)已與多家行業(yè)客戶開(kāi)展合作，提供芯片+算法+參考設(shè)計(jì)的全棧式解決方案。M7000系列芯片憑借其戶外作業(yè)所需的高實(shí)時(shí)性、多協(xié)議編碼器支持、硬件級(jí)電流環(huán)控制及低功耗特性，成為割草機(jī)器人領(lǐng)域的優(yōu)選方案。

相比掃地機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人等其他類型機(jī)器人，割草機(jī)器人的特殊需求在于：無(wú)邊界導(dǎo)航帶來(lái)的高精度定位與地圖構(gòu)建挑戰(zhàn)，需芯片具備強(qiáng)實(shí)時(shí)多傳感器數(shù)據(jù)處理能力；其次，復(fù)雜地形（如坡地、濕滑草地）對(duì)電機(jī)扭矩與控制響應(yīng)的高要求，需超高速HCL實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)扭矩控制；再者，系統(tǒng)通信可靠性至關(guān)重要，工業(yè)級(jí)高實(shí)時(shí)性現(xiàn)場(chǎng)總線（10MHz/100MHz）為高端機(jī)型提供了更高速、更可靠的通訊選擇；最后，戶外長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)對(duì)系統(tǒng)功耗與散熱管理有著嚴(yán)苛的要求。

M7000系列芯片針對(duì)這些需求進(jìn)行了深度優(yōu)化。其集成的硬件電流環(huán)（HCL）可在300ns內(nèi)完成電流環(huán)運(yùn)算，并支持死區(qū)補(bǔ)償、電壓補(bǔ)償?shù)雀呒?jí)算法，顯著提升扭矩控制響應(yīng)速度與精度。 同時(shí)，芯片內(nèi)置SDFM模塊可直接處理ΔΣ調(diào)制器信號(hào)，有效降低外圍電路復(fù)雜度，并通過(guò)優(yōu)化電機(jī)控制效率降低無(wú)功功耗，從而延長(zhǎng)整機(jī)作業(yè)時(shí)間。此外，作為工業(yè)級(jí)芯片，M7000系列具備優(yōu)異的惡劣環(huán)境適應(yīng)性，可在復(fù)雜戶外條件下穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步保障了系統(tǒng)的可靠性。

定制化解決方案滿足多元需求

割草機(jī)器人需在戶外長(zhǎng)時(shí)間自主作業(yè)，單次續(xù)航達(dá)2-4小時(shí)，這對(duì)芯片提出了“低功耗+高算力”的雙重挑戰(zhàn)。徐勇介紹，M7000系列采用RISC-V雙核架構(gòu)，內(nèi)置DSP和硬件加速單元，可高效執(zhí)行導(dǎo)航定位的路徑規(guī)劃任務(wù)。同時(shí)，通過(guò)硬件電流環(huán)（HCL）和可調(diào)PWM載波頻率實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)功耗優(yōu)化，集成編碼器接口和Σ-Δ濾波器等功能模塊，減少外圍元器件使用，進(jìn)一步降低功耗。此外，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝確保了整機(jī)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、工藝、系統(tǒng)、軟件等多維度的完美配合，在保障高性能的同時(shí)兼顧功耗要求。

割草機(jī)器人電機(jī)需同時(shí)滿足“輕量化+高扭矩+低噪音”的要求，如庭院場(chǎng)景要求噪音低于60dB。匠芯創(chuàng)提供基于M7000系列芯片的多款電機(jī)驅(qū)動(dòng)參考設(shè)計(jì)方案，通過(guò)超高速HCL實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的精準(zhǔn)控制，并集成相關(guān)補(bǔ)償算法，優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的效率、扭矩響應(yīng)和噪音表現(xiàn)。

針對(duì)不同草坪場(chǎng)景，匠芯創(chuàng)提供多種解決方案。坡地大草坪采用雙HCL硬件電流環(huán)實(shí)現(xiàn)扭矩動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，確保電機(jī)在復(fù)雜地形下的穩(wěn)定運(yùn)行；家庭小草坪則通過(guò)可調(diào)PWM載波頻率優(yōu)化靜音性能，提升用戶體驗(yàn)。芯片內(nèi)置的死區(qū)補(bǔ)償和工業(yè)級(jí)寬溫設(shè)計(jì)，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

寫在最后

當(dāng)前，割草機(jī)器人上游核心部件行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)在于如何滿足戶外復(fù)雜環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性和功耗的極致要求。匠芯創(chuàng)的解決方案是提供高集成度、高實(shí)時(shí)性的SoC芯片。M7000系列通過(guò)集成HCL、EtherCAT、多協(xié)議編碼器接口等硬件模塊，提升系統(tǒng)性能、可靠性并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，為行業(yè)樹(shù)立了新的標(biāo)桿。

展望未來(lái)，徐勇認(rèn)為割草機(jī)器人上游部件將繼續(xù)向著更高集成度、更高算力、更低功耗及更強(qiáng)連接性發(fā)展。匠芯創(chuàng)將繼續(xù)深耕RISC-V高性能工業(yè)芯片領(lǐng)域，持續(xù)迭代產(chǎn)品，為市場(chǎng)提供更具競(jìng)爭(zhēng)力的芯片解決方案，助力割草機(jī)器人行業(yè)邁向新的發(fā)展階段。