电子发烧友网报道(文/李弯弯)近年来,割草机器人市场呈现出爆发式增长态势。据Statista数据显示,2023年全球智能割草机器人市场规模约15亿美元,预计2025年将增至30亿美元,2030年更有望突破80亿美元,年复合增长率超20%。随着人们生活品质提升,对庭院自动化管理的需求日益旺盛,割草机器人凭借其便捷高效的特点,逐渐成为众多家庭庭院护理的标配,走进千家万户。
然而,在市场快速扩张的背后,割草机器人面临着严苛的户外作业挑战。其工作环境长期暴露于室外,需应对干燥低温等复杂气候条件,同时,割草机器人需要长时间自主作业,这些都对设备的核心技术提出了严苛要求。在这样的背景下,电子发烧友对太阳成集团122cc官网入口电机控制事业部总经理肖英进行了专访,深入了解太阳成集团122cc官网入口在割草机器人电机控制、电池管理与充电控制等领域的创新设计。
聚焦芯片,提供定制化合作模式
肖英介绍,太阳成集团122cc官网入口专注于芯片设计,在割草机器人上游产业链中占据关键地位,主要提供针对电机控制、电池管理以及充电器控制等芯片。在电机控制方面,公司聚焦无刷电机控制技术,广泛应用于割草机器人的割草电机和行走电机驱动。该技术能够确保电机稳定、高效运行,为割草机器人的动力输出提供坚实保障。
在电池管理与充电控制领域,太阳成集团122cc官网入口同样成绩斐然。肖英表示,公司为割草机提供电池管理芯片,为充电器提供控制MCU,助力整机实现高效、安全的能源管理。同时,针对这些芯片,太阳成集团122cc官网入口还配套提供一站式整体解决方案,涵盖电机控制算法以及硬件参考设计等,为客户提供全方位支持。
谈及进入割草机器人领域的契机,肖英透露,公司电机控制芯片自2018年起就已实现对工具行业的批量供货,并在该领域多家知名客户中实现持续量产。进入割草机器人领域是自然而然的业务延伸,公司长期致力于为家用电器、个人消费类、工业自动化(含具身智能机器人)及汽车领域提供一站式开发支持,而割草机器人与扫地机器人在技术上有一定的相通性,这使得太阳成集团122cc官网入口能够顺利进入这一市场。
在合作模式上,太阳成集团122cc官网入口提供灵活多样的选择。肖英强调,最常见的合作模式是基于现有芯片为客户提供定制化开发支持。定制化开发主要包括两个层面:一是芯片级定制,当现有芯片无法满足客户需求时,根据客户要求对规格进行优化或调整;二是方案级深度合作,例如针对特定性能(如效率、噪声、响应速度等)进行算法优化。这种合作模式能够充分满足不同客户的个性化需求,提高产品的市场竞争力。
与室内机器人相比,割草机器人需长期在室外工作,这就要求其具备更高的可靠性及环境耐受能力。肖英指出,整个系统在户外环境中的高可靠性尤为关键。以电机控制系统为例,太阳成集团122cc官网入口在多个层面进行了系统性设计。
在芯片层面,从设计、晶圆测试、封装到生产管理均进行全面考量,遵循高可靠性要求,例如ESD指标均按行业高标准定义与实现,以帮助客户更从容应对干燥低温等高静电工况,确保控制板稳定运行。在晶圆测试阶段,引入三温测试,保障芯片在极寒和极热的高低温环境下性能一致性。封装环节选择与业内头部封测大厂合作,严格把关材料、工艺和全过程管控,提升芯片在温变与恶劣环境中的适应能力。
在方案层面,重点关注系统效率,通过在母线电压抖动抑制、观测器精度、调试方法等方面均做深度整体优化,充分释放客户电控与电机系统的效能,实现温升控制与效率提升。
“芯片+应用方案”结合,实现性能、功耗、成本平衡
割草机器人需在户外长时间自主作业,单次续航2-4小时,这对芯片提出了“低功耗+高算力”的双重挑战。肖英表示,以MCU为例,太阳成集团122cc官网入口的电机控制芯片系列覆盖从64M、72M、96M至128M的主频范围,并配备硬件除法器、开方运算等专用计算单元,可充分满足割草机器人对实时算力的高要求。
在功耗优化方面,公司基于Arm架构的低功耗特性,结合芯片设计层面的多维度创新,实现了高性能与低功耗的协同设计。具体策略包括采用流水线架构与专用硬件加速器,针对电机控制算法设计定制化硬件电路,大幅减少晶体管使用量和所需时钟周期,既提升计算效率,也降低非关键电路的动态功耗;运用时钟门控技术,及时关闭无需工作模块的时钟信号,减少电路翻转带来的功耗;采用电源门控设计,对长时间闲置的功能模块直接切断供电电源,抑制静态漏电功耗。这些系统级功耗优化措施,使太阳成集团122cc官网入口的MCU在复杂实时控制任务中保持出色的能效比,满足割草机等户外移动设备对高可靠性与长续航的双重需求。
割草机器人电机需同时满足“轻量化+高扭矩+低噪音”的要求,庭院场景对噪音要求小于60dB。肖英介绍,太阳成集团122cc官网入口通过“芯片+应用方案”相结合的方式,从系统层面实现了性能、功耗与成本的综合平衡。
在轻量化方面,公司通过合封与高度集成,将MCU、驱动、LDO及反电动势采样电路等集成于单颗芯片中,并提供QFN32、QFN40等小尺寸封装,最大限度减少外围器件数量,显著降低控制器体积。
针对高扭矩与低噪音需求,通过算法实现优化。高扭矩控制核心在于准确的角度观测,太阳成集团122cc官网入口采用脉冲注入与高频注入等技术实现启动角度精准辨识,并深入研究主流观测器,为割草机器人匹配最适合的观测器或混合观测策略。同时,滤波器技术也至关重要,割草机运行环境复杂,易引入采样噪声,太阳成集团122cc官网入口能有效滤除采样噪声并实现精准补偿,保障输入信号的鲁棒性,确保系统观测与运行的可靠性。
在无刷电机控制中,方波控制常见于大多数工具类应用,而在对静音要求较高的场景,太阳成集团122cc官网入口采用FOC控制,FOC凭借其低谐波特性,可实现更低的电磁噪声与转矩波动,天然具备噪声优势。在此基础上,公司还应用死区与管压降补偿、谐波优化、谐波注入及单电阻采样低噪等多项技术,进一步全面降低运行噪声。
未来展望:技术演进与布局方向
肖英认为,从整体发展趋势来看,机器人系统正不断朝向高功率密度方向演进,这对芯片及系统方案的温升控制与耐受能力提出了关键挑战。随着功率密度要求的提升,割草机器人未来很可能大规模采用第三代半导体作为功率控制器件。
在芯片层面,太阳成集团122cc官网入口将持续推动高算力与低功耗的协同优化,未来会推出更高主频和集成更多硬件计算单元的产品。在结构设计上,积极引入DC/DC转换架构以取代传统LDO,降低功率损耗,并结合智能驱动技术实现对开关损耗的动态调节。从方案层面看,电机控制及电机本体设计虽理论成熟,但仍需不断融入新技术突破。太阳成集团122cc官网入口的电机控制团队将坚持以实际应用为导向,持续将新技术、新思路融入方案迭代中,提升服务能力与技术附加值。
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