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科沃斯扫地机器人拆解:从科幻走向现实生活
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科沃斯扫地机器人拆解:从科幻走向现实生活

2020-09-29 16:19:50 来源:半导体器件应用网 作者:欧蕾伊 点击:10486

【大比特导读】2008年皮克斯动画工作室推出《机器人总动员》科幻电影后。相信有不少观众都会想象未来会不会也有自己专属的清洁机器人呢?那么,近期《半导体器件应用》杂志便对一款来自科沃斯地宝(ECOVACS DEEBOT)的地面清洁机器人DG710进行拆机图解,为大家带来如今科技感十足的扫地机器人是怎样的?

2008年皮克斯动画工作室推出《机器人总动员》科幻电影。

故事发生在800多年后,那时人类社会、科技高度发达,但地球环境也被重度污染,早已不再适合生命生存,就在人类离开地球的时候,留下了一台名为WALL-E的机器人,它经过一系列的程序设定,年复一年、日复一日的在为地球做着清理垃圾的工作。后来,WALL-E在满目疮痍的地球发现新绿植的那一瞬间,相信不少观众都会为这台小机器人坚持不懈的行为有所触动,或许会想象未来会不会也有自己专属的清洁机器人呢?

时至今日,曾经遐想已经变成现实。人们逐渐从亲自动手清洁转变为交由科技产品代劳,最明显的表现就是越来越多家庭选择使用扫地机器人作为日常清洁的手段,它在很大程度上帮助我们与琐碎繁杂的家务劳动挥手告别,尤其是对于优雅精致的“都市懒人”来说,不仅时刻保证了居住地面的整洁,还能节约了大量打扫卫生的时间。

根据Euromonitor前瞻产业研究院发布数据,2019年我国扫地机器人零售量和零售额分别达到544万台和80亿元,并预计2024年我国扫地机器人零售量和零售额分别将达724万台和129亿元,复合增速(2019-2024)分别达5.9%和10.0%。而根据全拓数据显示,扫地机器人渗透率在日本、欧洲地区占比为10%,北美地区占比为13%,国内地区占比只有4%。

由此可见,虽然相较于欧美日国家等地区,目前我国扫地机器人行业渗透率仍相对较低,普及率也并不高,不是属于传统的刚需产品,但是它作为智能生活的前沿代表,已经开始获得当代中青年消费群体的青睐,并且与之相关的技术或产业链也日渐成熟完善,大大降低了消费用户购买成本,人们只需花上个几百人民币就可拥抱一台现代科技产品。

那么,近期《半导体器件应用》杂志便对一款来自科沃斯地宝(ECOVACS DEEBOT)的扫地机器人DG710进行拆机图解,为大家带来如今科技感十足的扫地机器人是怎样的?以及什么类型的产品才能全面完成室内卫生清洁且又极具性价比优势?

扫地机器人工作方式

扫地机器人的清洁方式可分为扫、吸、拖三步。“扫”主要依靠边刷和滚刷来实现,能将灰尘垃圾扫到机器的吸口处便于吸入尘盒;“吸”是依靠电机的高速转动形成吸力,将灰尘垃圾吸入尘盒;“拖”是指对面进行湿拖清洁,同时还可以加入除菌液或消毒液搭配使用。

科沃斯地宝扫地机器人DG710 产品外观

纸箱包装,简约图案,印有品牌LOGO

纸箱包装,简约图案,印有品牌LOGO

拆开纸箱,可得:

拆开纸箱,可得:
主机*1
充电座*1
边刷*1对
清理小工具*1
渗水抹布*1
清洁液*1
量杯*1
产品说明书*1

DG710正面特写


DG710正面特写,表面只有一个自动清扫与启动按键,品牌LOGO下方有贴心的扳手位置,可以方便掀开装饰盖取出尘盒,其整体极简的设计外观与银润白的色调较为适合搭配各类家居风格。

 

DG710底部特写


DG710底部特写,底部主要是采用对称式设计,标贴显示该款产品的相关参数、厂家信息及各种认证标准。左侧下方有一个总电源开关推键,正前方中间为万向轮,主导前进方向,两边是充电对接触片,左右各自一个可拆取三页边刷以及固定驱动轮。

还可以观察到边刷归拢的垃圾是可以直接由毛刷扫入中间的灰尘盒。

 

DG710底部驱动轮


DG710底部驱动轮使用了橡胶耐磨履带胎面,交错纹设计,弹簧避震结构,提升了轮胎在粗糙地面上的使用寿命,可一定程度的高低自动按压,能够翻越1.6cm(带水箱)高地毯、小台阶等。

 

下视悬崖感应器


DG710左右驱动轮与边刷之间位置各有一个下视悬崖感应器,遇到台阶会自动回退,切换路线,有效的防止了扫地机器人坠落问题。

DG710侧边特写

 

DG710侧边特写,顶图中间黑色区域为红外滤光片,其作用为减少环境光对红外传感器的干扰,以便更好的探测前方路障情况;底图可见横向黑色椭圆形区域的是红外辅助回充传感器滤光片,其作用为更好的找寻与对接充电底座,另外,其周边呈Y字形设计的为排风口,除了帮助内部器件散热外,还可以避免出风时吹动垃圾并减少出风噪音。

在拆解之前,首先大概了解一下该款扫地机器人DG710的基础性信息;尺寸337x337x77,净重量2.8KG,结构尺寸重量适中,不会太占有摆放空间,机身高度约7.75cm,可以较为灵活进入家具底部进行清扫,并具有渗水湿拖功能,水箱容量为0-80毫升,可借助手机APP,实时掌控机器状态。机身都有配置多项且齐全的红外传感器,能够智能判断家庭环境,进行假障碍(窗帘、床单等)识别,从而决定是否启动减速轻碰程序。

科沃斯地宝扫地机器人DG710 拆解

第一步:用螺丝刀卸下底部表面6颗螺丝,并收紧边刷用力将其取下,随后再用螺丝刀卸下顶部塑料件的8颗螺丝与周边的4颗螺丝,取出塑料固件。

第二步:拆卸顶部盖板,打开盖子取出尘盒,尘盒容量为0.35L,随后用螺丝刀沿着机身边缘缝隙撬开顶盖,接着通过观察卡扣位置,用力一拉即可,就可以取出侧边的防撞条以及抠出电池组。

第三步:拔出顶盖与后板和主板连接的数据接口,便可彻底分离塑料外壳。

一般而言,扫地机器人的整体结构主要分为传感器、控制器、执行部件三大方面,工作流程是由传感器获取信息,接着通过控制器结合算法发送指令到执行部件,扫地机器便可开始工作。

整机内部主体一览


整机内部主体一览,清晰可见整个扫地机器人的核心处理与存储芯片主板以及其他执行器件

顶盖前方的防撞条内侧设置了较长、较厚的缓冲海绵,中间位置为红外传感器

顶盖前方的防撞条内侧设置了较长、较厚的缓冲海绵,中间位置为红外传感器

主机后方的红外辅助回充传感器
主机后方的红外辅助回充传感器

电池组


电池组外部套上了热束膜,接口方式和PC设备电源供电的插拔接口类似,电池类型为镍氢电池,产品型号为DM88-BYD,标准电压为12V,额定容量为3000mAh,电芯型号为H-SC3000P,制造厂商为比亚迪股份有限公司。

主控面板部分

主控板


主控板的零部件皆有涂上一层厚厚的UV胶,以及7个固态电容器件。

UV胶是一种必须通过紫外线光照射才能固化的一类胶粘剂,它可以作为粘接剂使用,也可作为油漆、涂料、油墨等的胶料使用。在电子器件应用领域上,它的耐低温、高温高湿性能极优。

由于该款产品带有湿拖功能,很容易受到水汽的影响,缩短元器件使用寿命,因此,必要的防水措施是缺一不可的。

 

(图片经过拼接)主控面板左右两端的电机装置S.M.C MOTOR 属于无刷电机,主要负责边刷驱动。
(图片经过拼接)主控面板左右两端的电机装置S.M.C MOTOR 属于无刷电机,主要负责边刷驱动。

主涡轮风机座709J060、提供吸力、ZIF接口、电机品牌为尼德科(Nidec),吸力约为1000pa/aw。
主涡轮风机座709J060、提供吸力、ZIF接口、电机品牌为尼德科(Nidec),吸力约为1000pa/aw。

乐鑫信息科技的ESP-WROOM-02贴片式WIFI模组


主控面板环节;采用了乐鑫信息科技的ESP-WROOM-02贴片式WIFI模组。

该模组是基于ESP8266EX 芯片设计开发的物联网无线模组。它集成了 TCP/IP 网络协议栈,32 位低功耗 MCU,10 比特精度 ADC,并带有 HSPI、UART、PWM、I2C 和 I2S 等接口。ESP-WROOM-S2 模组 2 MB SPI Flash,接在 HSPI 上。作为 SDIO 中的 SPI 从机模式工作时,传输速率可达 8 Mbps。

此外,模组尺寸小巧,仅为 18 mm x 20 mm,易于集成到空间受限的产品设计当中。

兆易创新(GigaDevice)GD32F103VGT6系列

 

划开UV胶后,清晰可见主控芯片是采用兆易创新(GigaDevice)GD32F103VGT6系列,芯片架构沿用ARM Cortex-M3内核,主频(MHz)最高可运行至108,内部集成Flash(KB)为1024,RAM为96K,同时集成16个独立的12位ADC通道,工作电压为2.6V到3.6V,可以大大延长电池使用寿命,非常适合智能产品应用。

GD32F103XX系列特点:基于ARM的32位通用微控制器,RISC核心具有最佳的处理能力,降低功耗和外围设备。Cortex-M3是下一代处理器核心,与嵌套矢量中断控制器、SysTick定时器和高级调试支持紧密耦合。

工作在108兆赫频率与闪存访问零等待状态,以获得最大的效率。它提供高达3MB的片上闪存和高达96KB的SRAM内存与两个APB总线连接的广泛增强I/O和外围设备。

设备提供最多三个12位ADC,最多两个12位DAC,最多10个通用16位定时器,两个基本定时器加上两个PWM高级定时器,以及标准的高级通信接口:最多三个SPIS,两个I2SC,三个UASRTs,两个UART,两个I2SS,一个USBD,一个CAN和一个SDIO。

该装置工作在2.6到3.6V的电源,并可在-40至85℃的温度范围内使用,而且几种节能模式为唤醒延迟和功耗之间的最大优化提供了灵活性。

应用领域:


• 工业控制、电机驱动

• 电力监控、报警系统

• 消费类电子、车载GPS

• 视频对讲机、PC外围设备等等

万国AOS(Alpha & Omega Semiconductor)的30V P-Channel AO4459功率器件;M7整流二极管


图中右方:万国AOS(Alpha & Omega Semiconductor)的30V P-Channel AO4459功率器件。该器件将先进的沟槽MOSFET技术与低电阻封装技术相结合,提供极低的RDS(ON)装置,是负载开关的理想设备,能够适合电池保护的应用。

产品特点:
FET 类型:MOSFET P 通道,金属氧化物
FET 功能:逻辑电平门
漏源极电压 (Vdss):30V
电流 - 连续漏极 (Id)(25°C 时):6.5A(Ta)
不同 Id、Vgs 时的 Rds On(最大值):46 毫欧 @ 6.5A,10V
不同 Id 时的 Vgs(th)(最大值):2.5V @ 250μA
不同 Vgs 时的栅极电荷 (Qg):16nC @ 10V
不同 Vds 时的输入电容 (Ciss):830pF @ 15V
功率 - 最大值:3.1W
安装类型:表面贴装
封装/外壳:8-SOIC(0.154",3.90mm 宽)

M7整流二极管
万国AOS 30V P-Channel AO4459 基础说明


图中左方:M7整流二极管,其具有明显的单向导电性,主要用于各种低频半波整流电路,如需达到全波整流需连成整流桥使用。

德州仪器的充电管理IC。


由于标识模糊,无法得知具体型号,但依然可知该两款器件为德州仪器的充电管理IC。
值得注意,专用的充电管理IC能够给系统提供精准的充电控制,完备的保护机制,提高电池的使用寿命,降低与优化整体系统成本有着非常重要的意义。

江苏长电科技(JCET)的D882M晶体管(NPN)


江苏长电科技(JCET)的D882M晶体管(NPN),该三极管的额定功率为1.25W,集电极电流Ic为3A,集射极击穿电压Vce为30V。

新唐科技(Nuvoton Technology )的3声道数字 ChipCorder 音频芯片ISD2260系列。


新唐科技(Nuvoton Technology )的3声道数字 ChipCorder 音频芯片ISD2260系列。
产品主要特性:数字解压缩、全面的存储管理方式、OTP存储器、集成的多达3个声道,可多声道同时播放音频信号、D类扬声器驱动可输出功率1W。

ISD2260功能框图
ISD2260功能框图

爱普生(EPSON)的RX-8010SJ 低功耗实时时钟模块

爱普生(EPSON)的RX-8010SJ 低功耗实时时钟模块;内置频率校准的32.768K晶体单元,计时/日历功能,定时中断等功能,内置128bit RAM,I2C总线的接口类型,C-MOS或N-ch开漏输出的32.768k频率输出功能,1.6V至5.5V接口电压范围,1.1V至5.5V时钟数据保持电压,160nA/3V Typ的电流功耗。

CD贴片电感,感量为100uh
CD贴片电感,感量为100uh

LIXING CR1220 3V纽扣电池,标准容量38mAh。

LIXING CR1220 3V纽扣电池,标准容量38mAh。

全部拆解完毕
全部拆解完毕


半导体器件应用网总结


半导体器件应用网通过拆解了解到,由于在电路主控模组是采用了兆易创新的GD32F103VGT6系列微控制器、乐鑫信息科技ESP-WROOM-02贴片式WIFI模组、万国AOS30V P-Channel AO4459功率器件、德州仪器的充电管理芯片以及其他重要元器件,所以能做到极佳的信息运算能力,可选择的多种省电模式,确保高性能的同时实现了最佳的能耗比,符合高可靠性标准,并具有多方面的兼容性来轻松应对如今飞速发展的智能应用挑战。不仅如此,还能实现不单纯依靠3000mAh容量电池,也能优秀的控制能耗,并且以低功耗高性能的优势达到持久续航,保障了长时间稳定工作。

而在驱动方面由于风机座与驱动轮都采用了无刷电机模块,因此可以做到速度更快、损耗减小,噪音更小,输出功率更大,其吸力可达到1000Pa,可以较为强劲的轻松清理各种灰尘垃圾。另外,优秀的芯片组搭配上多项红外传感器,可以更好的精确定位、敏锐控制角度和控制行进方向,保持了有规律清扫的节奏。

其实一款优秀的扫地机器人除了本身的硬件结构之外,最核心的部分还要提及算法部分。例如在相对家居环境比较复杂的情况下,优秀的算法可以帮助机器安全清扫并且返回充电区域,而该款扫地机器人就配合了当下流行的Slam智能算法,记忆了清扫距离和位置信息,进行智能补漏,不会落下任何一个角落,可以说相当具有智能和科幻感。

此外,在扫地机器人智能移动当中,SLAM算法发挥了无可比拟的作用,尤其是点到点的自主移动,如果再加入路径规划和运动控制后,SLAM算法技术就能让机器变得更加智能,而该款扫地机器人就特别融合了Smart Move路径规划技术,真正实现了机器行动自如,有条不紊的全屋覆盖扫拖,让我们的现实生活变得省事方便。

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