一、项目概述

本项目为OOMWOO 开源扫地机器人配套 I/O 主控板研发项目，基于 CPU+MCU 异构双核心架构，采用完全开源硬件设计，目标打造一套可自主复刻、本地离线运行、具备商用级安全机制的 ROS2 自主清扫机器人硬件平台。项目硬件使用 KiCad 完成 PCB 设计，遵循 Apache 2.0 开源协议，全部原理图、PCB 文件、固件代码对外开放，支持爱好者与研发团队二次修改、自制与功能拓展，整机不依赖云端服务，地图、导航、传感器数据全部本地运算处理。

二、总体架构设计

项目采用消费级扫地机主流的计算单元与实时控制单元分离架构，实现高性能智能算法与高可靠实时安全控制解耦：

1. 高层计算单元（CPU）：搭载树莓派 CM4/CM5 核心模块，负责 SLAM 建图、路径规划、2D 激光雷达数据解析、双目 MIPI 相机视觉避障、ROS2 机器人业务调度，可对接智能家居平台。CPU 通过串口、SPI、I2C 总线与 MCU 进行数据交互。

2. 实时安全协处理器（MCU）：选用 STM32G473，运行 FreeRTOS 实时操作系统，作为整机安全管控核心，保障满足 CE 安全认证要求。MCU 具备静态内存分配、硬件看门狗、确定性实时响应能力，独立管理电机、传感器与电源。当 CPU 程序卡死、失去响应时，MCU 将自动切断所有动力电机电源，规避设备失控风险。

三、硬件功能与接口

I/O 主板集成机器人执行驱动、传感采集、电源管理、外设交互全链路接口，实现一体化硬件承载：

1. 电机驱动模块：支持行走轮、吸尘风机、边刷、滚刷、拖地水泵驱动，内置电流采样与过流检测，实时监测堵转、过载故障。

2. 传感器接口：预留 2D 激光雷达、IMU 惯性单元、红外测距、防跌落悬崖传感器、碰撞传感器、压力传感器、电机里程编码器接口。

3. 视觉模块：搭载双路 MIPI 摄像头接口，用于障碍物识别与视觉避障。

4. 电源管理：集成 4S 锂电池充放电管理、电池状态监测，实现整机上下电、掉电保护、底座充电对接控制。

5. 人机与拓展外设：配置实体按键、状态 LED、音频编解码、麦克风、扬声器、SD 卡存储、充电底座触点等外设。

四、核心安全机制

安全为本项目设计重点，由 MCU 独立实现安全闭环，不依赖上层 CPU：

• 硬件看门狗监控，保障 MCU 持续运行；CPU 异常无应答时，MCU 自动关停全部电机，防止失控。

• 碰撞、悬崖触发时，立即切断行走动力，实现紧急停机。

• 电池电压监测，低电量时自动执行关机保护，防止电池过放损坏。

• 电机过流检测，检测到堵转、短路时切断电机输出。

• 所有安全逻辑在 MCU 本地实时执行，即使操作系统崩溃，保护逻辑依旧生效。

五、项目特色与创新点

1. 软硬件解耦双核架构：将复杂 AI 导航算法与底层实时安全控制分离，兼顾智能性能与设备安全性。

2. 全开源可自制：PCB、原理图、固件全部开源，使用通用元器件，可自主打板、组装，支持 3D 打印外壳快速搭建整机。

3. 本地离线自主运行，无强制云端依赖，用户数据、机器人地图本地存储，隐私性更强。

4. 模块化可拓展：树莓派 CM 核心模块可插拔更换，预留丰富传感器与执行器接口，除扫地机器人外，可迁移用于其他移动机器人开发。

5. 面向合规设计，原生按照 CE 安全规范进行硬件保护设计，具备商业化落地改造潜力。

六、应用场景

1. 机器人研发教学、ROS2 科研实验平台；

2. 开源硬件爱好者自制自主清扫机器人；

3. 移动机器人底层控制方案原型验证；

4. 定制化室内自主清洁设备前期开发。

七、开源说明

项目硬件 PCB 使用 KiCad 设计，源码托管于 GitHub 仓库，采用 Apache 2.0 开源许可证，允许自由使用、修改、分发，支持个人非商用以及商业场景下二次开发。

八、项目地址

https://github.com/makerspet/oomwoo-pcb