С технологичните пробиви и сътрудничеството в цялата индустрия, 2025 г. е широко разглеждана като „Година на роботиката“. Цялата индустрия на роботиката преживява експлозивен растеж, като разнообразните сценарии на приложение водят до диференцирани технологични пътища и изисквания както за софтуер, така и за хардуер. Следователно, изискванията и методите за внедряване на управление на движението в реално време варират. Възползвайки се от задълбоченото разбиране на сектора на роботиката, APQ разработи целенасочени решения за оптимизация на управлението в реално време.
01
Различни маршрути за роботизирани технологии и избор на платформа за обработка
Двуногите хуманоидни роботи се отличават с човекоподобен дизайн, който се отличава с адаптивност към сложен терен и координирани операции на цялото тяло. Тези роботи обикновено изискват от 38 до 70 оси за управление на движението, което означава изключително високи изисквания за работа в реално време и цикли на управление до 1000Hz. APQ използва високопроизводителни X86 процесори със софтуерна настройка, за да отговори на тези изисквания за работа в реално време.
За разлика от тях, колесните или базови роботи използват по-лек дизайн на шасито, предлагайки по-големи предимства по отношение на контрола на разходите, ефективността на движението и живота на батерията. Те обикновено имат около 30 степени на свобода и по-ниско изискване за изчисления в реално време, но са по-чувствителни към консумацията на енергия. За тази категория APQ използва нискоенергийни и евтини платформи като Intel® N97 или J6412, за да изгради цялостни решения. Това балансира енергийната ефективност и разходите, като същевременно използва богатата екосистема за разработка на платформата X86, за да отговори на строгите изисквания за производителност, стабилност, интеграция и компактност на системата за управление в реално време.
02
Казус на APQ за оптимизация на управлението в реално време чрез EtherCAT
Предистория на приложението
Колесни/базови роботи обикновено се използват в сложни траекторни контроли, многоосни връзки, визуално насочвано движение и подобни приложения. Техните системи за управление трябва да поддържат:
-
Високоскоростна шинна комуникация EtherCATза синхронизирано серво управление
-
Операционна система с твърдо реално времеза отговор под милисекундата
-
Компактен индустриален дизайнподходящ за тясно окабеляване или пространство в шкафа
-
Разширяеми портовевключително множество серийни и LAN портове за разнообразна периферна интеграция
Един клиент, разработващ многоосен робот, изискваше поддръжка на EtherCAT и висока производителност в реално време. Тестването с платформата N97 и серво драйверите обаче показа, че комуникационният цикъл на EtherCAT не може да достигне под 50μs, което създава критично пречка за масовото производство.
Подход за оптимизация в реално време
Използвайки платформите N97 и J6412, APQ изпълни пълна настройка в реално време на системно ниво. Примерен процес за платформата N97:
1. OS Превключете към Linux Xenomai среда:
-
Ubuntu 20.04 + Linux ядро 5.15
-
Пач в реално време: Xenomai 3.2 (съвместим с LinuxCNC)
-
Съвместимостта е тествана за нуждите на клиента от по-стари версии (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Стъпки за настройка в реално време:
а) Настройка на BIOS
б) Оптимизация на параметрите на ядрото в реално време (ECI)
в) Настройка на параметрите на командния ред (ECI)
г) Дълбока персонализация на ниво операционна система
д) Измервания на латентност/трептене
2. Стандартен работен процес за тестване в реално време:
-
Инструменти:Тестови модули за латентност, Clocktest, LinuxCNC
-
Цели:
-
Латентност: Максимално забавяне < 40μs
-
Clocktest: Дрейф ≈ 0 (резултатът от третата колона е близо до нула)
-
-
Изпълнение:Няколко кръга на тестване в различни хардуерни партиди (включително J6412 за сравнение)
Резултат от теста:
В средата на Linux Xenomai, времето за контролен цикъл и трептенето значително се подобриха. Латентността остана под 40μs през цялото време, докато дрейфът на тактовия тест се приближи до нула — което отговаря на изискванията на приложението.
Резултати от приложенията в реалния свят
Многоосно управление на роботизирана ръка
Предизвикателство:
8-осно синхронизирано заваряване изискваше синхронизация на ниво μs; традиционните решения причиняваха грешки в отклонението и траекторията.
Оптимизация:
-
J6412 с Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN директно към EtherCAT серво
-
Isolcpus специализирани ядра за обработка в реално време
Резултати:
-
Прецизност на синхронизацията:Дрейф на тактовия тест ≤ 0,05 μs; Максимално отклонение на траекторията < 0,1 mm
-
Осигуряване в реално време:72 часа непрекъсната работа, пикова латентност ≤ 38μs
-
Намаляване на разходите:35% по-ниска цена, 60% по-малко енергия от решението i5
Четириного робот куче с контрол на движението
Предизвикателство:
12-съединителното динамично балансиране изискваше обратна връзка на ниво μs; латентността на наследената система > 100 μs причиняваше нестабилност
Оптимизация:
-
N97 + Ксеномай 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI пач
-
Cmdline изолира 2 CPU ядра за серво задачи
Резултати:
-
Ниска латентност:Цикъл на управление в рамките на 500μs, латентност ≤ 35μs
-
Здравина:При тест за възстановяване при -20°C, трептене < ±8μs
-
Разширяемост:IMU сензор чрез M.2; 60% икономия на енергия в сравнение с решение, базирано на i3
Опции за внедряване
За технически способни клиенти, фокусирани върху производителността в реално време, APQ препоръчваЛинукс + Ксеномайвнедряване. За крайните потребители, които предпочитат удобството „веднага след отваряне“, APQ предлага ипредварително инсталирани и оптимизирани системни образис документация за отстраняване на грешки — намаляване на бариерите за внедряване.
Тъй като роботите все повече заместват ръчните задачи,стабилни и рентабилни системи за управление в реално времестават критични за успеха. APQ отговаря на тази нужда чрез интегрирани хардуерно-софтуерни решения и ще продължи да задълбочава фокуса си върху роботизираните периферни изчисления и контрола на движението, предоставяйки на повече индустриални клиенти стабилни, ефективни и лесно интегрируеми вградени платформи.
Ако се интересувате от нашата компания и продукти, не се колебайте да се свържете с нашия задграничен представител, Робин.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Време на публикуване: 28 юли 2025 г.