مع التطورات التكنولوجية المتسارعة والتعاون الواسع النطاق في هذا القطاع، يُنظر إلى عام 2025 على نطاق واسع باعتباره "عام الروبوتات". يشهد قطاع الروبوتات بأكمله نموًا هائلاً، حيث تدفع سيناريوهات التطبيقات المتنوعة إلى مسارات تكنولوجية مختلفة ومتطلبات متباينة لكل من البرمجيات والأجهزة. ونتيجة لذلك، تختلف متطلبات وأساليب تنفيذ التحكم في الحركة في الوقت الفعلي. انطلاقًا من فهمها العميق لقطاع الروبوتات، طورت شركة APQ حلولًا مُخصصة لتحسين التحكم في الوقت الفعلي.
01
مسارات تكنولوجيا الروبوتات المتباينة واختيار منصة المعالجة
تتميز الروبوتات البشرية ثنائية الأرجل بتصميم يحاكي الإنسان، ما يمنحها قدرة فائقة على التكيف مع التضاريس المعقدة والعمليات المنسقة للجسم بأكمله. تتطلب هذه الروبوتات عادةً ما بين 38 و70 محورًا للتحكم في الحركة، وهو ما يعني متطلبات عالية للغاية للاستجابة في الوقت الفعلي ودورات تحكم تصل إلى 1000 هرتز. تستخدم شركة APQ معالجات X86 عالية الأداء مع ضبط برمجي لتلبية هذه المتطلبات.
على النقيض من ذلك، تعتمد الروبوتات ذات العجلات أو ذات القاعدة تصميمًا أخف وزنًا للهيكل، مما يوفر مزايا أكبر في التحكم بالتكاليف، وكفاءة الحركة، وعمر البطارية. تتميز هذه الروبوتات عادةً بحوالي 30 درجة حرية، واحتياج أقل للحوسبة الآنية، ولكنها أكثر حساسية لاستهلاك الطاقة. في هذه الفئة، تستخدم APQ منصات منخفضة الطاقة والتكلفة، مثل Intel® N97 أو J6412، لبناء حلول متكاملة. يوازن هذا بين كفاءة الطاقة والتكلفة، مع الاستفادة من بيئة التطوير الغنية لمنصة X86 لتلبية المتطلبات الصارمة لأداء نظام التحكم الآني، والاستقرار، والتكامل، والحجم الصغير.
02
دراسة حالة تحسين التحكم في الوقت الحقيقي لـ EtherCAT من APQ
خلفية التطبيق
تُستخدم الروبوتات ذات العجلات/القواعد عادةً في التحكم المعقد في المسارات، والوصلات متعددة المحاور، والحركة الموجهة بالرؤية، وتطبيقات مماثلة. يجب أن تدعم أنظمة التحكم الخاصة بها ما يلي:
-
اتصال ناقل عالي السرعة EtherCATللتحكم المؤازر المتزامن
-
نظام تشغيل في الوقت الحقيقي الصارمللحصول على استجابة في أقل من جزء من الألف من الثانية
-
تصميم صناعي صغير الحجممناسب للأسلاك الضيقة أو مساحة الخزانة
-
منافذ قابلة للتوسيعبما في ذلك منافذ تسلسلية ومنافذ شبكة محلية متعددة لتكامل الأجهزة الطرفية المتنوعة
كان أحد العملاء، الذي يعمل على تطوير روبوت متعدد المحاور، بحاجة إلى دعم بروتوكول EtherCAT وأداء عالي في الوقت الفعلي. ومع ذلك، أظهرت الاختبارات التي أُجريت على منصة N97 ومحركات المؤازرة أن دورة اتصال EtherCAT لا يمكن أن تقل عن 50 ميكروثانية، مما يُشكل عائقًا كبيرًا أمام الإنتاج بكميات كبيرة.
نهج التحسين في الوقت الحقيقي
باستخدام منصتي N97 وJ6412، نفّذت APQ عملية ضبط كاملة للنظام في الوقت الفعلي. مثال على العملية لمنصة N97:
1. تحويل نظام التشغيل إلى بيئة Linux Xenomai:
-
أوبونتو 20.04 + نواة لينكس 5.15
-
تحديث فوري: Xenomai 3.2 (متوافق مع LinuxCNC)
-
تم اختبار التوافق مع متطلبات العميل القديمة (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
خطوات الضبط في الوقت الفعلي:
أ) ضبط BIOS
ب) تحسين معلمات النواة في الوقت الحقيقي (ECI)
ج) ضبط معلمات سطر الأوامر (ECI)
د) تخصيص عميق على مستوى نظام التشغيل
هـ) قياسات زمن الاستجابة/الارتعاش
2. سير عمل الاختبار القياسي في الوقت الفعلي:
-
أدوات:وحدات اختبار زمن الاستجابة، واختبار الساعة، وLinuxCNC
-
الأهداف:
-
زمن الاستجابة: أقصى تأخير < 40 ميكروثانية
-
اختبار الساعة: الانحراف ≈ 0 (العمود الثالث قريب من الصفر في النتيجة)
-
-
تنفيذ:جولات متعددة من الاختبارات على دفعات الأجهزة (بما في ذلك J6412 للمقارنة)
نتيجة الاختبار:
في بيئة لينكس زينوماي، تحسّن زمن دورة التحكم والارتعاش بشكل ملحوظ. وظل زمن الاستجابة أقل من 40 ميكروثانية طوال الوقت، بينما اقترب انحراف اختبار الساعة من الصفر، مما يلبي متطلبات التطبيق.
نتائج التطبيقات العملية في العالم الحقيقي
التحكم في الذراع الروبوتية متعددة المحاور
تحدي:
تتطلب عملية اللحام المتزامنة ذات 8 محاور تزامنًا على مستوى الميكروثانية؛ وقد تسببت الحلول التقليدية في حدوث انحراف وأخطاء في المسار.
تحسين:
-
J6412 مع نظام التشغيل أوبونتو 20.04 + زينوماي 3.2
-
4 منافذ جيجابت LAN مباشرة إلى محرك EtherCAT
-
نوى معالجة مخصصة للوقت الحقيقي من Isolcpus
نتائج:
-
دقة التزامن:انحراف اختبار الساعة ≤ 0.05 ميكروثانية؛ أقصى انحراف للمسار < 0.1 مم
-
ضمان في الوقت الفعلي:تشغيل متواصل لمدة 72 ساعة، زمن استجابة ذروة ≤ 38 ميكروثانية
-
تخفيض التكاليف:تكلفة أقل بنسبة 35%، واستهلاك طاقة أقل بنسبة 60% من حل i5
كلب آلي رباعي الأرجل للتحكم في الحركة
تحدي:
يتطلب التوازن الديناميكي ذو 12 مفصلاً تغذية راجعة على مستوى الميكروثانية؛ تسبب زمن استجابة النظام القديم الذي يزيد عن 100 ميكروثانية في عدم الاستقرار
تحسين:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + تصحيح ECI
-
عزلت سطر الأوامر نواتي وحدة المعالجة المركزية لمهام المؤازرة
نتائج:
-
زمن استجابة منخفض:دورة تحكم في غضون 500 ميكروثانية، زمن استجابة ≤ 35 ميكروثانية
-
المتانة:في اختبار الاستعادة عند درجة حرارة -20 درجة مئوية، يكون الارتعاش أقل من ±8 ميكروثانية
-
قابلية التوسع:مستشعر IMU عبر منفذ M.2؛ توفير في الطاقة بنسبة 60% مقارنةً بالحلول القائمة على معالج i3
خيارات النشر
بالنسبة للعملاء ذوي القدرات التقنية العالية والذين يركزون على الأداء في الوقت الفعلي، توصي شركة APQلينكس + زينومايالنشر. بالنسبة للمستخدمين النهائيين الذين يفضلون سهولة الاستخدام الفوري، توفر APQ أيضًاصور النظام المثبتة مسبقًا والمحسّنةمع توفير وثائق تصحيح الأخطاء - مما يقلل من عوائق النشر.
مع تزايد استبدال الروبوتات للمهام اليدوية،أنظمة تحكم في الوقت الحقيقي، مستقرة، وفعالة من حيث التكلفةأصبحت هذه التقنيات بالغة الأهمية للنجاح. وتلبي شركة APQ هذه الحاجة من خلال حلول متكاملة للأجهزة والبرامج، وستواصل تعميق تركيزها على الحوسبة الطرفية الروبوتية والتحكم في الحركة، مما يُمكّن المزيد من العملاء الصناعيين من خلال منصات مدمجة مستقرة وفعالة وسهلة التكامل.
إذا كنت مهتمًا بشركتنا ومنتجاتنا، فلا تتردد في الاتصال بممثلنا في الخارج، روبن.
Email: yang.chen@apuqi.com
واتساب: +86 18351628738
تاريخ النشر: 28 يوليو 2025