卖爆的扫地机器人和紧缺的芯片

    
    如果说科幻短片里想出逃的扫地机器人，总是在关键时刻逃脱不了爱清洁的本性，那么几年前扫地机器人的现状，可能会是当你翘着椅子苦想如何解一道数学题时，用全速冲向椅子后脚，打破平衡进行“自杀式袭击”。
    解放双手，还是人工小智障、摆烂机器人？这个新事物刚出现时的表现和我们想象中差太远。
    经常扫错地方，把自己困在某个角落折腾到没电，找不到回家的路。
    不懂得避障，如果你家恰巧是地暖＋扫地机器人＋狗＋狗屎的组合……
    
    扫地机器人，狗以及狗屎，简称“发粪涂墙”
    是我们不会用吗，还是它确实是个智障？去年我国扫地机器人销售规模约为110亿元，同比大增17．02％，数据不会说谎，现实是拥有它的人越来越多。
    随着技术与应用的成熟，这几年扫地机器人似乎不再那么智障了，拥有一台能自动清洁抹布，按照地图清扫的机器人是不二之选，它也成为过年回家孝敬父母的新宠。这一变化的中间发生了什么？结合背后的芯片产业，2020年年底开始的缺芯潮，对变革中的扫地机器人带来了哪些影响？阅读本文，可以了解：
    1.扫地机器人进化简史
    2.扫地机器人背后的芯片
    3.扫地机器人缺芯现状
    扫地机器人进化简史
    扫地机器人的定义，低情商的说法会归结它为一个会移动的会清扫的玩具车，高情商的说法，智能扫地机器人是人工智能、光电、机电、声学、力学、材料学、流体动力等多领域技术高集成的行业。
    早在2002年，第一代扫地机器人诞生。iRobot转型家用清洁机器并进行首次尝试推出Roomba扫地机器人，产品上市后的强烈市场需求开启了扫地机器人的快速增长的篇章。
    由于第一代机器人是随机式，靠超声波探测避障，相当于一个随机遥控的玩具车，随意移动，在清扫上杂乱无章，没有办法实现全局清扫，经常碰到家中桌脚、墙角，被电线缠绕等问题接连出现，以为可以解放双手，但更多扮演者“人工智障”和“摆烂”的角色。
    分析扫地机器人，有四个比较科学的维度：清洁能力、续航能力、导航能力、避障能力。其中，导航能力和清洁能力为现阶段扫地机器人产品的基本功能，导航能力更是标配了。
    事实上，你在第一代甚至是不少第二代产品中能发现，它们的导航能力都不值一提。
    
    来源：知乎网友黎若愚
    第二代，是靠陀螺仪和加速度计的规划式，这一代终于学会走路了，已经有了一定的路径和方向，但还是磕磕绊绊，不免还会落入鸡肋和人工智障。几年前尝鲜使用，碰上这样的产品的几率可能很高。
    早期扫地机器人采用随机清扫路径，通过陀螺仪对物品进行定位，经常出现反复清扫或大面积漏扫的情况，清扫效率较低，2010年起，随着导航系统和路径规划等技术不断创新，使用体验逐渐提高。
    
    伴随着我国2010年激光导航的落地，2015年全局规划技术的成熟，以2016年石头科技推出的米家扫地机器人为标志，首次将“LDS 激光雷达＋ SLAM算法”应用到扫地机器人中，大幅优化了导航、避障等功能，用户体验得到提升由此带动销售热潮。
    因此第三代产品迎来了巨大的转变，第三代的导航键图式依靠SLAM算法，导航系统已经从陀螺仪导航升级至激光导航（LDS SLAM）和视觉导航（vSLAM）两派。SLAM（Simultaneous Localization and Mapping），即同步定位与地图构建，这一步扫地机器人根据传感器的信息，一边计算自身位置，一边构建环境地图，熟悉每一块原本未知的工作环境。
    激光导航（LDS SLAM）通过 LDS 激光模块绘制出房间轮廓，再由相应的导航算法规划出合理的清扫路径，在理论、技术和产品落地上都相对成熟；视觉导航（vSLAM）尚处于进一步研发和应用场景拓展、产品逐渐落地阶段。
    有了SLAM算法，扫地机器人仿佛有了带“上帝视角”的真正的眼睛。价位上升到2000元以上的档次，开始大规模进入普通家庭。
    
    来到2020年左右，扫地机器人的地图构建与路径规划能力得到了大幅提升，扫地机器人走入越来越多的家庭。中国扫地机器人销售规模整体呈增长趋势，2019年出现小幅下降后2020年恢复增长。2021年中国扫地机器人销售规模约为110亿元，同比增长17．02％。
    
    数据来源：中怡康、中商产业研究院整理
    随着扫地机器人的核心技术趋向成熟，各大厂商也开始在产品形态和功能上改进，如增加双吸尘盖、自动洗拖布、洗拖一体、集尘盒可水洗功能，这些功能创新击中了大家的需求痛点。扫地机的续航能力、吸力、噪音等性能也在改进，不断优化用户体验。比如在2019年底，云鲸推出首款自清洁扫拖一体机器人J1，解决了抹布清理问题，又带动了一波销售热潮。
    从2021年中国扫地机器人线上销售渠道市场份额看，科沃斯作为中国扫地机器人的龙头企业，近年来竞争实力持续增强，其2021年线上销售占整体的38．66％，排名第一，之后是小米（占比17．8％）、石头（占比11．01％）、云鲸（占比10．38％）、美的（占比4．6％）。线下销售的市场份额中，科沃斯更是独占鳌头，市场份额超过80％，第二名为美的，仅占10．39％。
    
    数据来源：奥维云网、中商产业研究院整理
    扫地机器人经过三次导航技术的迭代，现阶段激光导航技术发展较为成熟，激光模组也已实现国产化，后续提升空间不大。对于引领技术升级的科沃斯、云鲸、石头等，避障能力是目前是扫地机器人智能化的核心体现，是后续提升产品力的重要一环，也是当前主流大厂在追逐的硬核部分。
    这对扫描技术和AI算法的精确度和响应速度要求较高，衍生出三种主流避障技术：AI 结构光、dToF 和面阵激光。据了解，现阶段科沃斯和石头科技率先推出AI 算法避障产品，可识别多种障碍物，智能化程度较高，但仍有优化空间。
    总之，目前扫地机器人最大的产品力提升点已经来到了新的阶段：避障能力＞清洁能力＞导航能力＞续航能力。而无论最后的技术演进路径如何，对芯片的依赖程度会越来越高。
    扫地机器人背后的芯片
    扫地机器人的核心是它的“大脑”——导航系统，这是考验机器人是智障还是智慧的重要指标。作为软硬件一体的系统，其中硬件就包括传感器、芯片以及构图和路径规划算法。
    如下图，通过扫地机器人的激光雷达、摄像机、多种传感器的“感知层”，再通过“大脑”实现导航系统的数据处理，建立地图后就可以根据导航进行清洁工作。导航步骤为传感器（硬件，收集数据）到 SLAM 算法（软件，路径规划）到 MCU 芯片（硬件，运动控制）组成。
    
    扫地机器人工作原理
    奥维云网数据显示，2021年扫地机线上销售额同比增28％，均价同比增加44％，达到2048元。今年1月，扫地机均价为2859元，同比提升超过60％。而4000－5000元的售价成为各头部扫地机器人企业主打的新产品价位。问题来了，扫地机器人卖得越来越贵，各零部件占比有多大呢？
    扫地机器人的芯片成本占据整个物料成本的大头，方正证券2020年底的研报显示，扫地机器人的零部件价值量为∶激光头＝控制板＞电池电芯＞其它零配件＞传感器＞齿轮箱＞电机＞水箱。按照最大的零部件成本来算，一个扫地机器人硬件成本可能有人民币900元，占据3000元的售价约30％，4000元的售价约23％，这里面还不包括软件、营销等成本。
    
    其中的芯片（导航芯片、主芯片等）及需要用到芯片的零部件，激光头、控制板、传感器则是成本的大头。国产智能家电背靠着实力逐渐成熟的国产“芯”，传感器和MCU芯片等核心元器件已实现国产化，发展较为成熟。
    对于主控的MCU芯片，各厂商都注重高性能低功耗。兆易创新GD32F103VxT6系列受到各扫地机器人厂商的青睐，三种省电模式实现唤醒延迟和功耗之间的最大限度优化。如云米（扫拖机器人3C）采用兆易创新32位MCU GD32F103VCT6，云米也有用航顺32位主控MCU HK32F103VET6来做的扫地机器人系列。科沃斯（DG710）则和云米一样采用了兆易创新GD32F103VxT6系列。
    此外，石头科技（T6）选用了MCU大厂ST的STM32F1系列，在可接受的成本范围内，该系列MCU在集成一流的外设和低功耗、低电压运行等基础上实现了高性能。
    
    米家系列扫地机器人1C主板芯片信息，来源：微机分WekiHome
    处理器方面，目前头部厂商的选择主要是全志科技或者瑞芯微。石头科技的扫地机器人方案绝大部分采用全志科技的方案，同为扫地机器人芯片大户的瑞芯微，推出的“AI人工智能扫地机器人”芯片级解决方案也极具代表性。
    关键零部件（激光模组除外）在2019年前后已基本实现国产化，并且可以外协组装。无线WIFI模块，如科沃斯（DG710）使用了基于乐鑫ESP8266EX设计开发的物联网无线模组，尺寸小巧，易于集成。科沃斯（DG710）还使用了万国AOS30V P－Channel AO4459功率器件、德州仪器的充电管理芯片等，确保高性能的同时实现了最佳的能耗比。
    激光模组，品牌商考虑的核心因素是性价比，规模采购的成本更低，产品也就更具价格竞争力。很长一段时间，国内扫地机器人的激光雷达方案对标的是扫地机器人厂商Neato，采用工业级Sensor＋DSP芯片的技术路线，成本难以控制，因此有厂家自研扫地机器人消费级面阵Sensor＋自主研发的ASIC专用芯片，保证性能的同时把成本降下来了。
    扫地机器人缺芯现状
    2020年年底，新冠疫情席卷全球，由汽车、手机产业蔓延而来的芯片短缺危机逐步爆发，晶圆厂出货周期已经从8周延长到16周甚至更久。缺芯传导至家电行业，当时网上爆出深圳某扫地机器人企业的董事长，在上游供应链工厂打地铺，盯着进度时间随时准备抢货。
    
    来源：网络
    此前由于受到手机厂商囤货的波及，扫地机器人最开始缺的是主控芯片、激光雷达的主控芯片、底盘控制芯片、Wi－Fi芯片、电源管理芯片等芯片，它们都存在不同程度的缺货现象，“家电行业成芯片短缺牺牲品”的唱衰不绝于耳。
    供不应求，需求的暴增（包括疫情居家）也是另一个极端，不少为扫地机器人提供激光雷达的厂家早先预计过：2021年是扫地机器人行业切换激光雷达的高峰期。而整个原材料中相当重要的微控制芯片（MCU）最为紧缺，芯片价格暴涨，一度导致产品出货困难。
    石头科技有关负责人曾对媒体透露，2021年上半年，市场芯片价格上涨近10倍。据悉，当时有厂商甚至无法负担起暴涨的消费级8位MCU的成本。2021年5月，科沃斯董事长钱东奇表示，扫地机器人还有许多技术可以被创新，缺芯的问题未来一到两年可能都会存在。
    此后的2021年7－8月，随着产能恢复，缺芯一定程度的缓解，消费类MCU国产替代增多，以ST为代表的消费类MCU价格逐步平稳下跌，市场需求逐渐冷静。直到现在，以消费类、小家电领域为主的国产MCU更是遇冷，经销商们降价抢占市场份额，部分消费类MCU价格甚至成倍下跌。
    如GD32F103VCT6（常态价约10元）从去年最高点的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。
    长期看来，扫地机器人上游原材料价格的上涨仍在持续。但今年上半年，消费电子尤其是手机需求不及预期，TDDI、MCU、存储等芯片出现了砍单与降价，似乎也预示着另一消费电子扫地机器人芯片短缺的缓解。另一方面，扫地机器人处于家电市场的成长期，电动牙刷已经逐步进入我们的生活，未来每个家庭标配一只“扫地僧”也大有可能，产品依然在变革与创新，对芯片数量与性能的需求也将会上升，因此短缺缓解的程度还有待观察。
    本文原发于：芯世相公众号