内容提要
扫地机器人解放人类双手,保持家庭清洁,在过去几十年越来越受欢迎。扫地机器人使用名为“同步定位与地图构建”(SLAM) 的空间计算算法进行导航。传统上,SLAM通常在功能强大的嵌入式处理器上进行处理。然而,恩智浦的跨界微控制器单元 (MCU) 的推出标志着新一代设备的诞生。这些器件具备实时性能、高能效和强大的连接,能够更高效地在住宅和商业空间内导航和进行清洁。
自2011年以来,bObsweep开发了一系列智能扫地机器人,帮助人们保持房屋整洁。其产品组合包括几种型号,旨在满足用户的不同需求和预算,例如PetHair、Dustin和Ultra-Vision。
bObsweep PetHair专为有宠物的家庭而设计,结合了清扫、吸尘和拖地功能,能够有效清除各种地板上的灰尘和碎屑。升级版Dustin在PetHair的基础上增加了自动排空尘盒、Wi-Fi连接、智能手机应用控制,配有更大的电池,支持长时间清洁。bObsweep的旗舰扫地机器人Ultra-Vision更是将清洁提升到了新的高度。它配备大尺寸集尘器,搭载摄像头和实时计算机视觉处理系统,可检测到低矮物品并及时避障。Dustin和Ultra-Vision型号响应敏捷,仅需6秒即可启动,无需训练运行即可实时绘制地图,迅速识别地板布局并对环境做出快速反应。
跨界MCU赋能扫地机器人
从历史上看,扫地机器人除了依赖一个或多个独立的MCU外,还需要使用大型CPU来处理工作负载,这增加了成本、复杂性和功耗。然而,新一代跨界MCU处理器通过将应用专用芯片的高性能和集成度与传统MCU的实时功能和易用性相结合,能够有效地支持扫地机器人。
bObsweep依托该创新器件,将多种吸尘功能整合到单芯片解决方案中 (恩智浦的i.MX RT1052跨界MCU)。这种处理器不仅成本效益高,而且高度精准,可作为机器人的大脑。
通常,扫地机器人的各种功能是通过使用多个专用处理器来实现的。典型的架构包括分别用于低层级电机和传感器控制的MCU、用于导航的高级计算CPU和独立的无线芯片等。然而,将工作负载分散在多个芯片上会增加成本、复杂性和故障点。此外,多芯片系统还会占用更多的PCB空间,限制设计灵活性。
为了向客户提供卓越的用户体验和最佳价值,bObsweep采用了一种不同的方法来设计其产品的硬件和软件。
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扫地机器人的“大脑”
i.MX RT1052是恩智浦跨界MCU系列中的一款产品,它结合了应用处理器的高性能和集成度与传统MCU的实时功能和易用性。
该MCU包含一个运行频率高达600MHz的Arm Cortex-M7核,提供足够的计算能力来处理低层级实时任务,例如电机控制、传感器融合和导航规划。恩智浦的i.MX RT1050跨界MCU还配备了用于控制CMOS传感器的CSI接口,以及高达1MB的TCM,可在板上完成整个处理过程。
i.MX RT1050跨界MCU的结构框图。
连接和接口
扫地机器人通过多种接口连接传感器、执行器、无线模块和其它外设。i.MX RT1052通过广泛集成I/O选项来满足这些连接需求,包括:
高级图形和计算机视觉
Ultra-Vision是bObsweep迄今为止最先进、最智能的扫地机器人,它为清洁性能和避障设定了新的标准。然而,即使是面向视觉对象检测等高级功能,Ultra-Vision仅需要一个i.MX RT1052芯片即可完成所有处理任务。i.MX RT1052使Ultra-Vision能够比市场上任何其它扫地机器人更快地识别障碍物并做出反应,同时保持紧凑、经济高效的处理器架构。这正是bObsweep能够为高端产品提供亲民价格的秘诀。
并行8位或16位摄像头接口允许以高达720p的分辨率和60帧每秒的速度,直接连接到原始拜耳图像传感器。i.MX RT1050跨界MCU集成了像素处理管道 (PXP) 硬件,可分流图像预处理任务,包括色彩空间转换、缩放、阿尔法混合和旋转。PXP无需CPU干预即可动态处理图像。
通过结合摄像头接口和PXP,bObsweep能够经济高效地将计算机视觉集成到其机器人中。无需外部视觉处理器或GPU,即可实时处理摄像头输入,以检测和识别机器人路径中的物体。
电源管理和能效
扫地机器人等电池供电设备需要较高的能效,以尽可能延长每次充电后的运行时间。i.MX RT1052在低功耗应用中表现出色。
该芯片集成了一个电源管理IC,带有高效的DC-DC转换器,为MCU和外部组件供电,无需外部电源管理电路。低功耗模式允许在轻负载期间调节CPU时钟速度和内核电压,全深度睡眠模式可实现低至4.6mA的电流消耗,同时保持SRAM中的内容和GPIO状态。i.MX RT1052 MCU还提供灵活的外设时钟门控,允许未使用的模块自动关闭以减少功耗。
开发平台
恩智浦通过全面的软件和工具生态合作体系,极大地简化了i.MX RT的开发。其MCUXpresso SDK包括用于MCUXpress for VS code、MCUXpresso IDE、Keil MDK及IAR Embedded Workbench的项目文件。i.MX RT1050跨界MCU也支持FreeRTOS。
此外,i.MX RT系列还受到Zephyr Project的支持,为开发人员提供了一个功能齐全、经过广泛测试和安全的RTOS,并具有灵活的许可模式。Zephyr的模块化架构和强大的设备驱动程序基础设施,使得定制操作系统以满足扫地机器人应用的特定需求变得更加容易。
用于设置引脚复用、时钟树和电源序列的配置工具,大大减少了产品开发过程中的工作量。
横扫竞争对手
以恩智浦的i.MX RT1050跨界MCU为平台基础,bObsweep推出了一系列机器人产品,这些产品提供高性能、高效率和智能功能。i.MX RT1052非常适合作为扫地机器人的“大脑”,其架构提供高速控制、实时操作、先进的处理能力和可靠的连接。
恩智浦客户成功案例
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原文标题:成功案例 | i.MX RT跨界MCU赋能新一代扫地机器人
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