【应用】基于水晶材质陀螺仪及高功率激光二极管的高效率低成本扫地机器人方案

时间： 2020-04-10 来源：世强

技术问答

早期的扫地机器人，一般采用视觉导航方案，像素低，导致工作时运行精度差，在清扫时易偏离既定路线，清扫效率低，同时系统多采用国外的大品牌器件，成本较高。为解决上述问题，本方案通过采用水晶材质陀螺仪和高功率激光二极管，并搭配沿边传感器，槽型光电开关，高稳定频率基准源、RTC，高精度晶体晶振，国产的DC-DC、LDO、模拟开关等相关器件设计了一款高效率低成本的扫地机器人方案。

本方案系统框图如下：

在控制模块中，为保证扫地机器人在运行过程中，不会因为电机控制精度不足而出现的运行路线偏移问题，本方案采用EPSON的数字输出陀螺仪XV7001BB，可在运行过程中实时检测角度偏移，反馈给MCU处理之后，通过控制电机来补偿运行时路线的偏移，帮助智能扫地机器人提高清扫效率。其水晶材质具有零漂特性好及产品一致性好优势，每秒角度偏移为±1°，提高角度检测准确性，进一步提升扫地机器人运行精度。

为确保扫地机器人在沿墙边行走清扫时稳定性更高，需要采用高精度的沿边传感器，KODENSHI的沿边传感器SDS1A015，采用MIPTEC制作技术，测量距离最小15mm，距离测量一致性好，助力智能扫地机器人在沿墙边行走清扫时更加可靠。

在导航模块中，为实现高度的地图还原，需保证在进行地图信息采集时做到范围大、精度高。为实现大范围的信号测量，需要采用高功率的激光二极管，ROHM的激光二极管RLD90QZW5，具有25W功率、光斑聚敛等优势，在进行激光测距时，发射出的激光信号传输更远，光束更聚集，从而采集到的距离范围更大。为避免出现因转动电机单圈转动时间测量不准确出现的地图信息采集精度不足问题，本方案采用KODENSHI的槽型光电开关SIT210，通过光电信号检测转动电机码盘处的标志位，实现转动电机单圈运行时间精准测量，通过MCU等分计算单圈时间内检测到的地图距离信息，角度对应的距离信息更准确。高度还原的清扫地图使导航模块的路径规划更加准确，提升智能扫地机器人的清扫效率。为保证高稳定性的距离信息采集，需要采用高稳定基准频率源，EPSON的SG-210STF系列的4MHz基准频率源，频率老化率不超过±3×10-6/year，频率稳定度低至±100×10-6，较强稳定性优势保证长时间工作下的激光发射频率稳定可靠，提升导航模块整体可靠性。

在MCU及CPU的周围，为保证程序指令稳定精确运行，需要采用高稳定RTC及多种高精度晶振，EPSON的RTC产品RX8010SJ B，内置32.768KHz晶振，产品在出厂前完成校准，稳定性好，保证MCU的内部时钟更加稳定可靠； EPSON TSX-3225系列晶振16MHz~48MHz，频偏稳定度为10 ppm，运行时频偏较低，保证MCU及CPU的信号采集及程序运行更加精确。

此外，为满足产品的低成本需求，本方案中采用较多国产品牌圣邦微的电源及模拟产品，包括LDO SGM2036、SGM2200，DCDC升压电源SGM6607、SGM41285，电压反相器SGM7SZ04，模拟开关SGM48780，满足产品性能的同时，相对较低的成本可以降低产品整体成本，提升性价比。

基于水晶材质陀螺仪及高功率激光二极管的高效率低成本扫地机器人方案

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全部评论（1）

大城小事 Lv4. 资深工程师 2021-12-21

超级无敌好评，世强无敌！！！！

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SERIES,BD82044FVJ,BD30HC0MEFJ-LB,BR25G640,2SAR554R,RBR1L30A,RF301BM2S,BD00HC5MEFJ-LB,B

选型指南 - ROHM - 03.2022 PDF 中文下载

Epson（爱普生）无源晶体/时钟/陀螺仪传感器/有源晶振产品介绍

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商品及供应商介绍 - EPSON PDF 英文下载

【元件】ROHM新品 | 1kW级高输出功率红外激光二极管RLD8BQAB3

全球知名半导体制造商ROHM开发出一款高输出功率半导体激光二极管“RLD8BQAB3”。将先向无人机、扫地机器人、AGV（无人搬运车）和服务机器人等消费电子和工业设备领域用户提供新产品样品。

产品发布时间 : 2024-10-17

Epson（爱普生） XV7021BB陀螺仪传感器官方数据手册

描述- High-stability Gyro Sensor: XV7021BB

型号- XV7021BB,XV7001BB

数据手册 - EPSON - 2018年6月27日 PDF 英文下载

ROHM（罗姆）激光二极管选型指南（中文）

描述- 罗姆半导体激光产品阵容丰富，可广泛应用于光盘、打印机、传感器等设备。

型号- RLD78NZM7,RLD84PZJ2,RLD84NZJ2,RLD65PZX3,RLD94SAQ6,RLD65NZX2,RLD94SAQ8,RLD65NZX1,RLD65PZX2,RLD82NZJ1,RLD82PZJ1,RLD63NPC7,RLD63NPC6,RLD63NPC8,RLD65NZN5,RLD63NPC5,RLD2BPNG5,RLD78MZM7,RLD□□PZX□-□□A,RLD90QZWJ,RLD63PZCA,RLD94PZJ5,RLD90QZWD,RLD90QZWC,RLD78MZA6,RLD90QZWB,RLD90QZWA,RLD90QZW8,RLD90QZW5,RLD85NZJ4,RLD85PZJ4,RLD65MZT7,RLD90QZW3,RLD78PZM7,RLD78NZM5

选型指南 - ROHM - 2024/2/27 PDF 中文下载

【元件】罗姆推出1kW级高输出功率红外激光二极管RLD8BQAB3，大幅延长LiDAR应用产品的测量距离并显著提高分辨率

罗姆针对内置测距和空间识别用LiDAR的车载ADAS等目标应用，开发出一款高输出功率半导体激光二极管“RLD8BQAB3”。将先向无人机、扫地机器人、AGV和服务机器人等消费电子和工业设备领域用户提供新产品样品。

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【视频】EPSON零偏15°/h的高精度陀螺仪模组及高稳定性IMU，应用于智能机器人

型号- E91E616F00,SGPM01,SGPM02,X2G000201000100,M-G370,GGPM01,X2G000191000100,M-G366,X2G000091000400

商品及供应商介绍 - EPSON PDF 中文下载

详细介绍激光二极管的基本原理、结构、材料、种类和应用

激光二极管（半导体激光器）是一种利用半导体pn结将电流转换成光能并产生激光的电子器件。激光二极管具有优异的指向性和直进性，作为一种容易控制能量的光源，被广泛应用于光通信、医疗、感测、数据存储和休闲娱乐等领域。其基本原理是利用电子和空穴复合时产生的光。目前市场上已有不同波长和输出特性的众多产品。本文将详细介绍激光二极管的基本原理、结构、材料、种类和应用。

技术探讨发布时间 : 2024-09-15

陀螺仪传感器选型，低温漂1LSB/℃的爱普生EPSON陀螺仪

EPSON陀螺仪传感器（角速度传感器），零漂特性好，小体积；陀螺仪传感器XV-7001BB，陀螺仪传感器VX-7011BB和汽车级陀螺仪传感器XV 4001，具有出色的零偏稳定性和小尺寸、低功耗等通用优点。

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ROHM（罗姆）激光二极管选型指南（英文）

描述- Semiconductor lasers are opto devices often referred to as laser diodes or LDs. ROHM is the industry's largest producer of laser diodes. The rectilinearity, monochromaticity, coherence, condensation, and pulse response characteristics of laser light allow them to be used in optical discs (optical pickups: OPU), laser printers, multi-function equipment, and more.

型号- RLD78NZM7,RLD84PZJ2,RLD84NZJ2,RLD65PZX3,RLD94SAQ6,RLD65NZX2,RLD94SAQ8,RLD65NZX1,RLD65PZX2,RLD82NZJ1,RLD82PZJ1,RLD63NPC7,RLD63NPC6,RLD63NPC8,RLD63NPC5,RLD78MZM7,RLD□□PZX□-□□A,RLD90QZWJ,RLD63PZCA,RLD94PZJ5,RLD94NZJ7,RLD90QZWD,RLD78MZA6,RLD90QZWC,RLD90QZWB,RLD90QZW8,RLD90QZW7,RLD90QZW5,RLD85NZJ4,RLD85PZJ4,RLD65MZT7,RLD78PZM7,RLD90QZW3,RLD78NZM5

选型指南 - ROHM - Edition 2022 - 2022/8/3 PDF 英文下载查看更多版本