دراسة حالة تطبيقية: APQ TER30R-A2 لروبوت رباعي الأرجل
بفضل حركتها المحاكية للطبيعة وقدرتها العالية على التكيف مع التضاريس المعقدة، تُستخدم الروبوتات رباعية الأرجل على نطاق واسع في عمليات فحص محطات الطاقة، ودوريات الأمن العام، ومكافحة الحرائق والإنقاذ، ومراقبة المناطق الصناعية. مع ذلك، تواجه أنظمة التحكم في حركتها تحديات متعددة في التطبيقات العملية. يجب أن يظل جهاز التحكم مستقرًا في ظل الاهتزازات عالية التردد والتغيرات المفاجئة في وضعية الجسم، وأن يُزامن أكثر من 12 محركًا مفصليًا بدقة عالية، وأن يُدمج قدرات حاسوبية عالية الأداء في تجويف جسم ضيق للغاية حيث يُعد كل ملليمتر من المساحة بالغ الأهمية.
بعد جولات متعددة من تقييم المنتج واختبارات ميدانية صارمة، اختار العميل وحدة التحكم في الحركة "المخيخ" APQ TER30R-A2 ذات الذكاء المجسد كوحدة التحكم الأساسية في الحركة لروبوته رباعي الأرجل من الجيل التالي.
تحديات العملاء
متطلبات التحكم في الحركة في الوقت الحقيقي الصارمة:تتطلب حركات الجري والقفز والانعطاف متطلبات صارمة لدورة التحكم. عند تردد تحكم يبلغ 1000 هرتز، يجب أن يبقى ارتعاش النظام أقل من 20 ميكروثانية لضمان تزامن دقيق وسلس عبر المفاصل المتعددة.
تكامل الأجهزة متعددة الواجهاتيجب أن يقوم النظام في وقت واحد بتوصيل LiDAR وكاميرات العمق ووحدة IMU وأكثر من 12 محركًا للمفاصل وأجهزة استشعار متعددة، مما يتطلب وحدة تحكم ذات موارد إدخال/إخراج صناعية واسعة النطاق.
قيود المساحة فائقة الصغر:المساحة داخل جذع الروبوت ومفاصله محدودة للغاية. يجب أن يوفر جهاز التحكم الأداء المطلوب في تصميم فائق النحافة وصغير الحجم، مما يتيح مساحة أكبر للبطاريات وأجهزة الاستشعار والوحدات الوظيفية الأخرى.
مقاومة عالية للاهتزاز والصدمات:أثناء الجري والقفز واجتياز العوائق، يتعرض الروبوت باستمرار لاهتزازات وصدمات شديدة. لذا، يلزم تصميم متكامل على مستوى اللوحة لمنع ارتخاء الموصلات تحت تأثير الاهتزازات.
الحوسبة الذكية الخفيفة على الحافة:يتطلب جهاز التحكم أيضًا قدرة استدلال الذكاء الاصطناعي الطرفي لتشغيل خوارزميات خفيفة الوزن للتعرف على التضاريس، وتجنب العوائق الديناميكية، ووظائف ذكية مماثلة.
حلول APQ
التحكم الدقيق في الحركة مع مزامنة 36 محورًا:يعمل جهاز التحكم TER30R-A2 بمعالج Rockchip RK3588 ثماني النواة 64 بت، مزود بوحدة معالجة عصبية مدمجة بقدرة 6 تيرابايت في الثانية. يدعم الجهاز التحكم المتزامن لما يصل إلى 36 محورًا. عند تردد تحكم يبلغ 1000 هرتز، يبقى تذبذب النظام أقل من 20 ميكروثانية. سواءً أكان الأمر يتعلق بتنسيق حركة مفاصل متعددة أثناء الجري، أو تنفيذ منعطفات سريعة، أو اجتياز تضاريس معقدة، يوفر جهاز التحكم تحكمًا دقيقًا وسلسًا في الحركة، مما يوفر أساسًا مستقرًا وموثوقًا لعمليات الروبوتات رباعية الأرجل الديناميكية.
منافذ إدخال/إخراج غنية لتكامل الأجهزة المتعددة:يتميز جهاز TER30R-A2 ببنية إدخال/إخراج مصممة خصيصًا لأنظمة الروبوتات رباعية الأرجل، حيث يجمع بين محركات المفاصل وأجهزة الإدراك والشبكات الصناعية وواجهات المشغلات في وحدة تحكم واحدة. · 4 منافذ CAN FD: اتصال مباشر بأكثر من 12 محركًا مفصليًا وأنظمة القيادة الخاصة بها للتحكم المتزامن متعدد المحاور عالي الدقة. · 3 منافذ جيجابت إيثرنت: دعم EtherCAT للاتصال الصناعي عبر الإيثرنت في الوقت الحقيقي وبشكل حتمي. · منفذ 2.5 جيجابت إيثرنت + منفذ جيجابت إيثرنت: يوفر منفذ 2.5 جيجابت إيثرنت اتصالاً عالي السرعة مع وحدة التحكم في الإدراك، بينما يدعم منفذ جيجابت إيثرنت إدخال بيانات سحابة النقاط LiDAR. · 8 × منافذ USB (3 × USB 5Gbps Type-C، و1 × USB 2.0 Type-C، و4 × رؤوس USB 2.0 داخلية): تدعم الاتصال المتزامن لأجهزة LiDAR وكاميرات العمق وأدوات التشغيل والأجهزة الطرفية الأخرى. · 4 منافذ تسلسلية قابلة للتبديل RS-232/RS-485: اتصال موثوق به لوحدات القياس بالقصور الذاتي، وأجهزة الاستشعار فوق الصوتية، والأجهزة الطرفية الأخرى. · 8 × GPIO + 2 × قنوات PWM: توسيع مرن للتحكم في الإضاءة، ومخرجات الإنذار، وواجهات المشغلات الأخرى. · مخرج HDMI واحد + واجهة صوتية واحدة: مناسب للتشغيل المحلي وعرض الحالة.
تصميم فائق الصغر لتكامل مرن:يبلغ حجم وحدة التحكم 118.2 مم × 128.5 مم × 35 مم فقط، وهي وحدة صغيرة الحجم للغاية، بسماكة تعادل تقريبًا قطر العملة المعدنية. يدعم غلافها المصنوع بالكامل من الألومنيوم تركيبها على دعامة، ويمكن دمجها بسهولة في جسم الروبوت أو حجرات المفاصل، مما يوفر مساحة قيّمة للبطاريات وأجهزة الاستشعار والوحدات الأخرى. يمنع تصميم التخزين والذاكرة المدمج على متنها مخاطر ارتخاء الموصلات الناتجة عن الاهتزاز، مما يضمن تشغيلًا مستقرًا أثناء الجري الديناميكي والمهام على التضاريس المعقدة.
توسيع نطاق الشبكة اللاسلكية لعمليات نشر متنوعة:توفر وحدة التحكم منفذ M.2 Key-B (USB بسرعة 5 جيجابت في الثانية، بمقاسات 3042/3052، مع منفذ شريحة Nano-SIM) لوحدات 4G/5G، بالإضافة إلى منفذ M.2 Key-E (PCIe 2.0 × 1 + USB 2.0) لوحدات Wi-Fi/Bluetooth. سواءً تم نشرها في محطات فرعية نائية أو لدوريات المناطق الصناعية الحضرية، فإنها تتيح اتصالاً فورياً بمنصات الحوسبة السحابية ومراكز القيادة.
موثوقية صناعية عالية المستوى للعمليات الديناميكية عالية الكثافة:تم تصميم TER30R-A2 لبيئات الروبوتات المتنقلة ذات الاهتزازات والصدمات العالية، مع توفير تشغيل واسع النطاق لدرجة الحرارة، ومدخل طاقة بجهد واسع، وصيانة مريحة في الموقع. درجة حرارة التشغيل: من -10 درجة مئوية إلى 50 درجة مئوية؛ درجة حرارة التخزين: من -40 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية. تم التحقق من صحتها من خلال اختبار الاهتزاز العشوائي 3G واختبار الصدمات 30G لضمان التشغيل الموثوق به أثناء الجري والقفز واجتياز العوائق. يدعم مدخل التيار المستمر واسع النطاق 12-28 فولت أنظمة بطاريات الروبوت ذات تصنيفات الجهد المختلفة. · تتضمن اللوحة الأمامية مفتاح الطاقة، وزر استعادة النظام، وزر إعادة ضبط النظام، ومؤشرات الحالة من أجل التشغيل والصيانة الفعالة في الموقع.
الإنجازات القيّمة:
تحكم دقيق وسلس في الحركة:تتيح حلقة التحكم بتردد 1000 هرتز مع ارتعاش النظام أقل من 20 ميكروثانية التحكم المتزامن في 36 محورًا، مما يؤدي إلى تشغيل محركات المفاصل بدقة من أجل الجري والقفز والانعطاف بشكل طبيعي مع الحفاظ على وضعية مستقرة على التضاريس المعقدة.
تكامل شامل لأجهزة متعددة:تتيح 4 منافذ CAN FD، و3 منافذ إيثرنت تدعم EtherCAT، و8 منافذ USB، و4 منافذ تسلسلية، التكامل المباشر لمحركات المفاصل، وأجهزة LiDAR، وكاميرات العمق، ووحدات IMU، وغيرها من الأجهزة دون الحاجة إلى وحدات توسعة إضافية، مما يبسط بنية النظام بشكل كبير..
يوفر التصميم المدمج مساحة قيّمة:يتناسب الشكل فائق الصغر الذي يبلغ 118.2 مم × 128.5 مم × 35 مم بسهولة داخل جذع الروبوت، مما يترك مساحة أكبر للبطاريات وأجهزة الاستشعار والوحدات الوظيفية الأخرى.
مستقر وموثوق به في ظل الحركة عالية الكثافة:يقلل التصميم المتكامل على مستوى اللوحة من مخاطر الاتصال المتعلقة بالاهتزاز، بينما يضمن التحقق من الاهتزاز 3G والصدمات 30G التشغيل الموثوق به أثناء الجري والقفز واجتياز العوائق.
الحوسبة الطرفية للذكاء الاصطناعي خفيفة الوزن:تدعم وحدة المعالجة العصبية المتكاملة 6 TOPS استدلال الذكاء الاصطناعي الطرفي خفيف الوزن للتعرف على التضاريس وتجنب العوائق الديناميكية والوظائف المماثلة، مما يوفر الأساس الحسابي للروبوتات رباعية الأرجل للتطور من الحركة الذاتية إلى اتخاذ القرارات الذاتية.
