Amb avenços tecnològics i col·laboració a tota la indústria, el 2025 es considera àmpliament com l'"Any de la Robòtica". Tota la indústria de la robòtica està experimentant un creixement explosiu, amb diversos escenaris d'aplicació que impulsen camins tecnològics diferenciats i demandes tant de programari com de maquinari. En conseqüència, els requisits i els mètodes d'implementació per al control de moviment en temps real varien. Aprofitant un profund coneixement del sector de la robòtica, APQ ha desenvolupat solucions d'optimització del control en temps real específiques.
01
Rutes de tecnologia robòtica divergents i selecció de plataformes de processament
Els robots humanoides bípedes presenten un disseny semblant al humà que destaca per la seva adaptabilitat a terrenys complexos i operacions coordinades de tot el cos. Aquests robots solen requerir de 38 a 70 eixos de control de moviment, cosa que significa uns requisits extremadament alts en temps real i cicles de control de fins a 1000 Hz. APQ utilitza processadors X86 d'alt rendiment amb ajust de programari per satisfer aquestes demandes en temps real.
En canvi, els robots amb rodes o de tipus base adopten un disseny de xassís més lleuger, que ofereix majors avantatges en el control de costos, l'eficiència del moviment i la durada de la bateria. Normalment tenen uns 30 graus de llibertat i una menor demanda de computació en temps real, però són més sensibles al consum d'energia. Per a aquesta categoria, APQ utilitza plataformes de baix consum i baix cost com ara Intel® N97 o J6412 per construir solucions completes. Això equilibra l'eficiència energètica i el cost alhora que aprofita el ric ecosistema de desenvolupament de la plataforma X86 per complir els requisits estrictes de rendiment, estabilitat, integració i compacitat en temps real del sistema de control.
02
Estudi de cas d'optimització del control en temps real amb EtherCAT d'APQ
Antecedents de l'aplicació
Els robots amb rodes/base s'utilitzen normalment en el control de trajectòries complexes, l'enllaç multieix, el moviment guiat per visió i aplicacions similars. Els seus sistemes de control han de ser compatibles amb:
-
Comunicació de bus d'alta velocitat EtherCATper a un servocontrol sincronitzat
-
Sistema operatiu en temps real durper a una resposta inferior a mil·lisegons
-
Disseny industrial compacteadequat per a cablejat estret o espai d'armari
-
Ports expandiblesincloent múltiples ports sèrie i LAN per a la integració de perifèrics diversos
Un client, que desenvolupava un robot multieix, necessitava suport per a EtherCAT i un alt rendiment en temps real. Tanmateix, les proves amb la plataforma N97 i els servocontroladors van mostrar que el cicle de comunicació d'EtherCAT no podia baixar dels 50 μs, cosa que creava un coll d'ampolla crític per a la producció en massa.
Enfocament d'optimització en temps real
Utilitzant les plataformes N97 i J6412, APQ va executar un ajust complet en temps real a nivell de sistema. Exemple de procés per a la plataforma N97:
1. Canvi del sistema operatiu a l'entorn Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + Linux Kernel 5.15
-
Pegat en temps real: Xenomai 3.2 (compatible amb LinuxCNC)
-
Compatibilitat provada per a les necessitats heretades del client (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Passos d'afinació en temps real:
a) Ajustament de la BIOS
b) Optimització de paràmetres del nucli en temps real (ECI)
c) Ajust de paràmetres de la línia de comandament (ECI)
d) Personalització profunda a nivell de sistema operatiu
e) Mesures de latència/jitter
2. Flux de treball estàndard de proves en temps real:
-
Eines:Latència, prova de rellotge, mòduls de prova LinuxCNC
-
Objectius:
-
Latència: Retard màxim < 40 μs
-
Prova de rellotge: Deriva ≈ 0 (3a columna propera a zero en el resultat)
-
-
Execució:Múltiples rondes de proves en lots de maquinari (inclòs J6412 com a comparació)
Resultat de la prova:
En l'entorn Xenomai de Linux, el temps del cicle de control i el jitter van millorar significativament. La latència es va mantenir per sota dels 40 μs durant tot el procés, mentre que la deriva de la prova de rellotge es va aproximar a zero, satisfent les demandes de l'aplicació.
Resultats d'aplicació al món real
Control de braç robòtic multieix
Repte:
La soldadura sincronitzada de 8 eixos requeria una sincronització a nivell de μs; les solucions tradicionals provocaven errors de deriva i trajectòria.
Optimització:
-
J6412 amb Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x LAN Gigabit directament a servo EtherCAT
-
Nuclis de processament en temps real dedicats d'Isolcpus
Resultats:
-
Precisió de sincronització:Deriva de la prova de rellotge ≤ 0,05 μs; Desviació màxima de la trajectòria < 0,1 mm
-
Assegurança en temps real:Funcionament continu de 72 h, latència màxima ≤ 38 μs
-
Reducció de costos:Un 35% menys de cost i un 60% menys de potència que la solució i5
Control de moviment de gos robot quadrupè
Repte:
El balanceig dinàmic de 12 articulacions necessitava una retroalimentació a nivell de μs; la latència del sistema antic > 100 μs causava inestabilitat
Optimització:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + pegat ECI
-
Cmdline va aïllar 2 nuclis de CPU per a tasques de servo
Resultats:
-
Baixa latència:Cicle de control dins de 500 μs, latència ≤ 35 μs
-
Robustesa:En la prova de recuperació de -20 °C, jitter < ±8 μs
-
Expansibilitat:Sensor IMU via M.2; estalvi d'energia del 60% respecte a la solució basada en i3
Opcions de desplegament
Per a clients tècnicament capaços i centrats en el rendiment en temps real, APQ recomanaLinux + Xenomaidesplegament. Per als usuaris finals que prefereixen la comoditat inmediata, APQ també ofereiximatges de sistema preinstal·lades i optimitzadesamb documentació de depuració, reduint les barreres de desplegament.
A mesura que els robots substitueixen cada cop més les tasques manuals,sistemes de control en temps real, estables i rendiblesesdevé fonamental per a l'èxit. APQ satisfà aquesta necessitat mitjançant solucions integrades de maquinari i programari i continuarà aprofundint en el seu enfocament en la computació robòtica de vora i el control de moviment, donant a més clients industrials plataformes integrades estables, eficients i fàcilment integrables.
Si esteu interessats en la nostra empresa i els nostres productes, no dubteu a contactar amb el nostre representant a l'estranger, en Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Data de publicació: 28 de juliol de 2025