بفضل الإنجازات التكنولوجية والتعاون على مستوى الصناعة، يُنظر إلى عام 2025 على نطاق واسع على أنه "عام الروبوتات". يشهد قطاع الروبوتات بأكمله نموًا هائلاً، مع سيناريوهات تطبيقية متنوعة تُفضي إلى مسارات تكنولوجية متباينة ومتطلبات متباينة للبرمجيات والأجهزة. ونتيجةً لذلك، تتنوع متطلبات وطرق تنفيذ التحكم الفوري في الحركة. بالاستفادة من فهمها العميق لقطاع الروبوتات، طورت APQ حلولاً مُستهدفة لتحسين التحكم الفوري.
01
اختيار مسارات تكنولوجيا الروبوتات المتباينة ومنصة المعالجة
تتميز الروبوتات ثنائية الأرجل الشبيهة بالإنسان بتصميمها الشبيه بالإنسان، وتتميز بقدرتها الفائقة على التكيف مع التضاريس المعقدة والعمليات المنسقة لكامل الجسم. تتطلب هذه الروبوتات عادةً ما بين 38 و70 محورًا للتحكم في الحركة، مما يعني متطلبات عالية للغاية في الوقت الفعلي ودورات تحكم تصل إلى 1000 هرتز. تستخدم APQ معالجات X86 عالية الأداء مع ضبط برمجي لتلبية هذه المتطلبات في الوقت الفعلي.
في المقابل، تعتمد الروبوتات ذات العجلات أو القاعدة تصميم هيكل أخف وزنًا، مما يوفر مزايا أكبر في التحكم بالتكلفة، وكفاءة الحركة، وعمر البطارية. تتميز هذه الروبوتات عادةً بنطاق حرية يبلغ حوالي 30 درجة، ومتطلبات أقل للحوسبة الفورية، ولكنها أكثر حساسية لاستهلاك الطاقة. في هذه الفئة، تستخدم APQ منصات منخفضة الطاقة والتكلفة، مثل Intel® N97 أو J6412، لبناء حلول متكاملة. يُوازن هذا بين كفاءة الطاقة والتكلفة، مع الاستفادة من بيئة التطوير الغنية لمنصة X86، لتلبية المتطلبات الصارمة لأداء نظام التحكم الفوري، والاستقرار، والتكامل، والاكتناز.
02
دراسة حالة تحسين التحكم في الوقت الفعلي باستخدام EtherCAT من APQ
خلفية التطبيق
تُستخدم الروبوتات ذات العجلات/القواعد عادةً في التحكم بالمسارات المعقدة، والربط متعدد المحاور، والحركة الموجهة بالرؤية، وتطبيقات مماثلة. يجب أن تدعم أنظمة التحكم الخاصة بها ما يلي:
-
اتصالات الحافلة عالية السرعة EtherCATللتحكم في المؤازرة المتزامنة
-
نظام تشغيل في الوقت الحقيقيللاستجابة التي تستغرق أقل من ميلي ثانية
-
التصميم الصناعي المدمجمناسب للأسلاك الضيقة أو مساحة الخزانة
-
المنافذ القابلة للتوسعةبما في ذلك منافذ تسلسلية وشبكة محلية متعددة للتكامل المحيطي المتنوع
كان أحد العملاء، الذي يطور روبوتًا متعدد المحاور، بحاجة إلى دعم EtherCAT وأداء عالٍ في الوقت الفعلي. ومع ذلك، أظهرت الاختبارات باستخدام منصة N97 ومحركات السيرفو أن دورة اتصال EtherCAT لا يمكن أن تصل إلى أقل من 50 ميكروثانية، مما يُشكل عقبة حرجة أمام الإنتاج الضخم.
نهج التحسين في الوقت الفعلي
باستخدام منصتي N97 وJ6412، نفّذت APQ ضبطًا فوريًا كاملاً على مستوى النظام. مثال على عملية لمنصة N97:
1. تحويل نظام التشغيل إلى بيئة Linux Xenomai:
-
أوبونتو 20.04 + نواة لينكس 5.15
-
تصحيح في الوقت الفعلي: Xenomai 3.2 (متوافق مع LinuxCNC)
-
تم اختبار التوافق مع احتياجات العميل القديمة (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
خطوات الضبط في الوقت الفعلي:
أ) ضبط BIOS
ب) تحسين معلمات النواة في الوقت الفعلي (ECI)
ج) ضبط معلمات خط الأوامر (ECI)
د) التخصيص العميق على مستوى نظام التشغيل
هـ) قياسات زمن الوصول/التذبذب
2. سير عمل الاختبار القياسي في الوقت الفعلي:
-
أدوات:وحدات اختبار زمن الوصول واختبار الساعة وLinuxCNC
-
الأهداف:
-
زمن الوصول: أقصى تأخير < 40 ميكروثانية
-
اختبار الساعة: الانحراف ≈ 0 (العمود الثالث قريب من الصفر في النتيجة)
-
-
تنفيذ:جولات متعددة من الاختبار عبر دفعات الأجهزة (بما في ذلك J6412 للمقارنة)
نتيجة الاختبار:
في بيئة Linux Xenomai، تحسّن زمن دورة التحكم والتذبذب بشكل ملحوظ. ظلّ زمن الوصول أقل من 40 ميكروثانية طوال الوقت، بينما اقترب انحراف اختبار الساعة من الصفر، مُلبّيًا بذلك متطلبات التطبيق.
نتائج التطبيقات في العالم الحقيقي
التحكم في الذراع الروبوتية متعددة المحاور
تحدي:
تتطلب عملية اللحام المتزامنة ذات 8 محاور مزامنة على مستوى ميكروثانية؛ وتتسبب الحلول التقليدية في حدوث أخطاء في الانجراف والمسار.
تحسين:
-
J6412 مع Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN مباشرة إلى سيرفو EtherCAT
-
نوى المعالجة المخصصة في الوقت الفعلي من Isolcpus
نتائج:
-
دقة المزامنة:انحراف اختبار الساعة ≤ 0.05 ميكروثانية؛ أقصى انحراف للمسار < 0.1 مم
-
ضمان في الوقت الحقيقي:72 ساعة من التشغيل المستمر، زمن الوصول الأقصى ≤ 38 ميكروثانية
-
خفض التكاليف:تكلفة أقل بنسبة 35% وطاقة أقل بنسبة 60% من حل i5
كلب روبوت رباعي الأرجل للتحكم في الحركة
تحدي:
يتطلب التوازن الديناميكي للمفاصل الاثني عشر تغذية راجعة على مستوى ميكروثانية؛ حيث تسبب زمن انتقال النظام القديم الذي يزيد عن 100 ميكروثانية في عدم الاستقرار
تحسين:
-
N97 + زينوماي 3.2
-
PREEMPT_RT + تصحيح ECI
-
أمر Cmdline بعزل نواتين لوحدة المعالجة المركزية لمهام المؤازرة
نتائج:
-
زمن انتقال منخفض:دورة التحكم في حدود 500 ميكروثانية، زمن الوصول ≤ 35 ميكروثانية
-
المتانة:في اختبار الاسترداد عند درجة حرارة -20 درجة مئوية، الاهتزاز < ±8 ميكروثانية
-
قابلية التوسعة:مستشعر IMU عبر M.2؛ توفير 60% من الطاقة مقارنةً بالحلول القائمة على i3
خيارات النشر
بالنسبة للعملاء ذوي الكفاءة الفنية الذين يركزون على الأداء في الوقت الفعلي، توصي APQلينكس + زينومايالنشر. بالنسبة للمستخدمين النهائيين الذين يفضلون الراحة الجاهزة، تقدم APQ أيضًاصور النظام المثبتة مسبقًا والمحسّنةمع توثيق التصحيح - خفض حواجز النشر.
مع استبدال الروبوتات بشكل متزايد بالمهام اليدوية،أنظمة التحكم في الوقت الفعلي والمستقرة والفعالة من حيث التكلفةأصبحت الحوسبة السحابية ضرورية للنجاح. تلبي APQ هذه الحاجة من خلال حلول متكاملة للأجهزة والبرامج، وستواصل تركيزها على الحوسبة الطرفية الروبوتية والتحكم في الحركة، مما يمكّن المزيد من العملاء الصناعيين من 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
وقت النشر: ٢٨ يوليو ٢٠٢٥