文｜芯世相
如果說科幻短片里想出逃的掃地機器人，總是在關鍵時刻逃脫不了愛清潔的本性，那么幾年前掃地機器人的現(xiàn)狀，可能會是當你翹著椅子苦想如何解一道數(shù)學題時，用全速沖向椅子后腳，讓你摔了個”人仰馬翻“。
解放雙手，還是人工小智障、擺爛機器人？這個新事物剛出現(xiàn)時的表現(xiàn)和我們想象中差太遠。
經常掃錯地方，把自己困在某個角落折騰到沒電，找不到回家的路……
是我們不會用嗎，還是它確實是個智障？去年我國掃地機器人銷售規(guī)模約為110億元，同比大增17.02%，數(shù)據(jù)不會說謊，現(xiàn)實是擁有它的人越來越多。
隨著技術與應用的成熟，這幾年掃地機器人似乎不再那么智障了，擁有一臺能自動清潔抹布，按照地圖清掃的機器人是不二之選，它也成為過年回家孝敬父母的新寵。這一變化的中間發(fā)生了什么？結合背后的芯片產業(yè)，2020年年底開始的缺芯潮，對變革中的掃地機器人帶來了哪些影響？閱讀本文，可以了解：
1. 掃地機器人進化簡史
2. 掃地機器人背后的芯片
3. 掃地機器人缺芯現(xiàn)狀
掃地機器人的定義，低情商的說法會歸結它為一個會移動的會清掃的玩具車，高情商的說法，智能掃地機器人是人工智能、光電、機電、聲學、力學、材料學、流體動力等多領域技術高集成的行業(yè)。
早在2002年，第一代掃地機器人誕生。iRobot轉型家用清潔機器并進行首次嘗試推出Roomba掃地機器人，產品上市后的強烈市場需求開啟了掃地機器人的快速增長的篇章。
由于第一代機器人是隨機式，靠超聲波探測避障，相當于一個隨機遙控的玩具車，隨意移動，在清掃上雜亂無章，沒有辦法實現(xiàn)全局清掃，經常碰到家中桌腳、墻角，被電線纏繞等問題接連出現(xiàn)，以為可以解放雙手，但更多扮演者“人工智障”和“擺爛”的角色。
分析掃地機器人，有四個比較科學的維度：清潔能力、續(xù)航能力、導航能力、避障能力。其中，導航能力和清潔能力為現(xiàn)階段掃地機器人產品的基本功能，導航能力更是標配了。
事實上，你在第一代甚至是不少第二代產品中能發(fā)現(xiàn)，它們的導航能力都不值一提。
第二代，是靠陀螺儀和加速度計的規(guī)劃式，這一代終于學會走路了，已經有了一定的路徑和方向，但還是磕磕絆絆，不免還會落入雞肋和人工智障。幾年前嘗鮮使用，碰上這樣的產品的幾率可能很高。
早期掃地機器人采用隨機清掃路徑，通過陀螺儀對物品進行定位，經常出現(xiàn)反復清掃或大面積漏掃的情況，清掃效率較低，2010年起，隨著導航系統(tǒng)和路徑規(guī)劃等技術不斷創(chuàng)新，使用體驗逐漸提高。
伴隨著我國2010年激光導航的落地，2015年全局規(guī)劃技術的成熟，以2016年石頭科技推出的米家掃地機器人為標志，首次將“LDS 激光雷達+ SLAM算法”應用到掃地機器人中，大幅優(yōu)化了導航、避障等功能，用戶體驗得到提升由此帶動銷售熱潮。
因此第三代產品迎來了巨大的轉變，第三代的導航鍵圖式依靠SLAM算法，導航系統(tǒng)已經從陀螺儀導航升級至激光導航（LDS SLAM）和視覺導航（vSLAM）兩派。SLAM（Simultaneous Localization and Mapping），即同步定位與地圖構建，這一步掃地機器人根據(jù)傳感器的信息，一邊計算自身位置，一邊構建環(huán)境地圖，熟悉每一塊原本未知的工作環(huán)境。
激光導航（LDS SLAM）通過 LDS 激光模塊繪制出房間輪廓，再由相應的導航算法規(guī)劃出合理的清掃路徑，在理論、技術和產品落地上都相對成熟；視覺導航（vSLAM）尚處于進一步研發(fā)和應用場景拓展、產品逐漸落地階段。
有了SLAM算法，掃地機器人仿佛有了帶“上帝視角”的真正的眼睛。價位上升到2000元以上的檔次，開始大規(guī)模進入普通家庭。
來到2020年左右，掃地機器人的地圖構建與路徑規(guī)劃能力得到了大幅提升，掃地機器人走入越來越多的家庭。中國掃地機器人銷售規(guī)模整體呈增長趨勢，2019年出現(xiàn)小幅下降后2020年恢復增長。2021年中國掃地機器人銷售規(guī)模約為110億元，同比增長17.02%。
隨著掃地機器人的核心技術趨向成熟，各大廠商也開始在產品形態(tài)和功能上改進，如增加雙吸塵蓋、自動洗拖布、洗拖一體、集塵盒可水洗功能，這些功能創(chuàng)新?lián)糁辛舜蠹业男枨笸袋c。掃地機的續(xù)航能力、吸力、噪音等性能也在改進，不斷優(yōu)化用戶體驗。比如在2019年底，云鯨推出首款自清潔掃拖一體機器人J1，解決了抹布清理問題，又帶動了一波銷售熱潮。
從2021年中國掃地機器人線上銷售渠道市場份額看，科沃斯作為中國掃地機器人的龍頭企業(yè)，近年來競爭實力持續(xù)增強，其2021年線上銷售占整體的38.66%，排名第一，之后是小米（占比17.8%）、石頭（占比11.01%）、云鯨（占比10.38%）、美的（占比4.6%）。線下銷售的市場份額中，科沃斯更是獨占鰲頭，市場份額超過80%，第二名為美的，僅占10.39%。
掃地機器人經過三次導航技術的迭代，現(xiàn)階段激光導航技術發(fā)展較為成熟，激光模組也已實現(xiàn)國產化，后續(xù)提升空間不大。對于引領技術升級的科沃斯、云鯨、石頭等，避障能力是目前是掃地機器人智能化的核心體現(xiàn)，是后續(xù)提升產品力的重要一環(huán)，也是當前主流大廠在追逐的硬核部分。
這對掃描技術和AI算法的精確度和響應速度要求較高，衍生出三種主流避障技術：AI 結構光、dToF和面陣激光。據(jù)了解，現(xiàn)階段科沃斯和石頭科技率先推出AI 算法避障產品，可識別多種障礙物，智能化程度較高，但仍有優(yōu)化空間。
總之，目前掃地機器人最大的產品力提升點已經來到了新的階段：避障能力>清潔能力>導航能力>續(xù)航能力。而無論最后的技術演進路徑如何，對芯片的依賴程度會越來越高。
掃地機器人的核心是它的“大腦”——導航系統(tǒng)，這是考驗機器人是智障還是智慧的重要指標。作為軟硬件一體的系統(tǒng)，其中硬件就包括傳感器、芯片以及構圖和路徑規(guī)劃算法。
如下圖，通過掃地機器人的激光雷達、攝像機、多種傳感器的“感知層”，再通過“大腦”實現(xiàn)導航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，建立地圖后就可以根據(jù)導航進行清潔工作。導航步驟為傳感器（硬件，收集數(shù)據(jù)）到 SLAM 算法（軟件，路徑規(guī)劃）到 MCU 芯片（硬件，運動控制）組成。
奧維云網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2021年掃地機線上銷售額同比增28%，均價同比增加44%，達到2048元。今年1月，掃地機均價為2859元，同比提升超過60%。而4000-5000元的售價成為各頭部掃地機器人企業(yè)主打的新產品價位。問題來了，掃地機器人賣得越來越貴，各零部件占比有多大呢？
掃地機器人的芯片成本占據(jù)整個物料成本的大頭，方正證券2020年底的研報顯示，掃地機器人的零部件價值量為∶激光頭=控制板>電池電芯>其它零配件>傳感器>齒輪箱>電機>水箱。按照最大的零部件成本來算，一個掃地機器人硬件成本可能有人民幣900元，占據(jù)3000元的售價約30％，4000元的售價約23％，這里面還不包括軟件、營銷等成本。
其中的芯片（導航芯片、主芯片等）及需要用到芯片的零部件，激光頭、控制板、傳感器則是成本的大頭。國產智能家電背靠著實力逐漸成熟的國產“芯”，傳感器和MCU芯片等核心元器件已實現(xiàn)國產化，發(fā)展較為成熟。
對于主控的MCU芯片，各廠商都注重高性能低功耗。兆易創(chuàng)新GD32F103VxT6系列受到各掃地機器人廠商的青睞，三種省電模式實現(xiàn)喚醒延遲和功耗之間的最大限度優(yōu)化。如云米（掃拖機器人3C）采用兆易創(chuàng)新32位MCU GD32F103VCT6，云米也有用航順32位主控MCU HK32F103VET6來做的掃地機器人系列?？莆炙梗―G710）則和云米一樣采用了兆易創(chuàng)新GD32F103VxT6系列。
此外，石頭科技（T6）選用了MCU大廠ST的STM32F1系列，在可接受的成本范圍內，該系列MCU在集成一流的外設和低功耗、低電壓運行等基礎上實現(xiàn)了高性能。
米家系列掃地機器人1C主板芯片信息，來源：微機分WekiHome
處理器方面，目前頭部廠商的選擇主要是全志科技或者瑞芯微。石頭科技的掃地機器人方案絕大部分采用全志科技的方案，同為掃地機器人芯片大戶的瑞芯微，推出的“AI人工智能掃地機器人”芯片級解決方案也極具代表性。
關鍵零部件（激光模組除外）在2019年前后已基本實現(xiàn)國產化，并且可以外協(xié)組裝。無線WIFI模塊，如科沃斯（DG710）使用了基于樂鑫ESP8266EX設計開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)無線模組，尺寸小巧，易于集成?？莆炙梗―G710）還使用了萬國AOS30V P-Channel AO4459功率器件、德州儀器的充電管理芯片等，確保高性能的同時實現(xiàn)了最佳的能耗比。
激光模組，品牌商考慮的核心因素是性價比，規(guī)模采購的成本更低，產品也就更具價格競爭力。很長一段時間，國內掃地機器人的激光雷達方案對標的是掃地機器人廠商Neato，采用工業(yè)級Sensor+DSP芯片的技術路線，成本難以控制，因此有廠家自研掃地機器人消費級面陣Sensor+自主研發(fā)的ASIC專用芯片，保證性能的同時把成本降下來了。
2020年年底，新冠疫情席卷全球，由汽車、手機產業(yè)蔓延而來的芯片短缺危機逐步爆發(fā)，晶圓廠出貨周期已經從8周延長到16周甚至更久。缺芯傳導至家電行業(yè)，當時網(wǎng)上爆出深圳某掃地機器人企業(yè)的董事長，在上游供應鏈工廠打地鋪，盯著進度時間隨時準備搶貨。
此前由于受到手機廠商囤貨的波及，掃地機器人最開始缺的是主控芯片、激光雷達的主控芯片、底盤控制芯片、Wi-Fi芯片、電源管理芯片等芯片，它們都存在不同程度的缺貨現(xiàn)象，“家電行業(yè)成芯片短缺犧牲品”的唱衰不絕于耳。
供不應求，需求的暴增（包括疫情居家）也是另一個極端，不少為掃地機器人提供激光雷達的廠家早先預計過：2021年是掃地機器人行業(yè)切換激光雷達的高峰期。而整個原材料中相當重要的微控制芯片（MCU）最為緊缺，芯片價格暴漲，一度導致產品出貨困難。
石頭科技有關負責人曾對媒體透露，2021年上半年，市場芯片價格上漲近10倍。據(jù)悉，當時有廠商甚至無法負擔起暴漲的消費級8位MCU的成本。2021年5月，科沃斯董事長錢東奇表示，掃地機器人還有許多技術可以被創(chuàng)新，缺芯的問題未來一到兩年可能都會存在。
此后的2021年7-8月，隨著產能恢復，缺芯一定程度的緩解，消費類MCU國產替代增多，以ST為代表的消費類MCU價格逐步平穩(wěn)下跌，市場需求逐漸冷靜。直到現(xiàn)在，以消費類、小家電領域為主的國產MCU更是遇冷，經銷商們降價搶占市場份額，部分消費類MCU價格甚至成倍下跌。
如GD32F103VCT6（常態(tài)價約10元）從去年最高點的90元左右，目前已降至20元左右；HK32F103VET6去年9月90元的高位，目前降至30元左右。
長期看來，掃地機器人上游原材料價格的上漲仍在持續(xù)。但今年上半年，消費電子尤其是手機需求不及預期，TDDI、MCU、存儲等芯片出現(xiàn)了砍單與降價，似乎也預示著另一消費電子掃地機器人芯片短缺的緩解。
另一方面，掃地機器人處于家電市場的成長期，電動牙刷已經逐步進入我們的生活，未來每個家庭標配一只“掃地僧”也大有可能，產品依然在變革與創(chuàng)新，對芯片數(shù)量與性能的需求也將會上升，因此短缺緩解的程度還有待觀察。