Díky technologickým průlomům a spolupráci v celém odvětví je rok 2025 všeobecně vnímán jako „Rok robotiky“. Celý robotický průmysl zažívá explozivní růst, přičemž rozmanité aplikační scénáře vedou k odlišným technologickým cestám a požadavkům na software i hardware. V důsledku toho se liší požadavky a implementační metody pro řízení pohybu v reálném čase. Společnost APQ, která využívá hluboké znalosti robotického sektoru, vyvinula cílená řešení pro optimalizaci řízení v reálném čase.
01
Výběr odlišných tras robotických technologií a platformy pro zpracování
Bipedální humanoidní roboti se vyznačují konstrukcí podobnou lidské, která vyniká přizpůsobivostí složitému terénu a koordinovanými operacemi celého těla. Tito roboti obvykle vyžadují řízení pohybu v 38 až 70 osách, což znamená extrémně vysoké požadavky na reálný čas a řídicí cykly až 1000 Hz. APQ využívá vysoce výkonné procesory X86 se softwarovým laděním, aby splňovaly tyto požadavky na reálný čas.
Naproti tomu roboti s kolovým nebo základním provedením využívají lehčí konstrukci podvozku, která nabízí větší výhody v oblasti kontroly nákladů, efektivity pohybu a výdrže baterie. Tyto roboty obvykle disponují přibližně 30 stupni volnosti a nižšími nároky na výpočetní výkon v reálném čase, ale jsou citlivější na spotřebu energie. V této kategorii společnost APQ využívá k vytváření kompletních řešení nízkonákladové platformy s nízkou spotřebou energie, jako je Intel® N97 nebo J6412. To vyvažuje energetickou účinnost a náklady a zároveň využívá bohatý vývojový ekosystém platformy X86 ke splnění přísných požadavků na výkon, stabilitu, integraci a kompaktnost řídicího systému v reálném čase.
02
Případová studie optimalizace řízení v reálném čase EtherCAT od APQ
Pozadí aplikace
Kolové/základní roboty se obvykle používají v komplexním řízení trajektorie, víceosém propojení, pohybu s vizuální navigací a podobných aplikacích. Jejich řídicí systémy musí podporovat:
-
Vysokorychlostní sběrnicová komunikace EtherCATpro synchronizované servořízení
-
OS s tvrdým reálným časempro odezvu v řádu milisekund
-
Kompaktní průmyslový designvhodné pro těsné zapojení nebo prostor ve skříni
-
Rozšiřitelné portyvčetně několika sériových a LAN portů pro integraci rozmanitých periferií
Jeden klient, který vyvíjel víceosého robota, požadoval podporu EtherCAT a vysoký výkon v reálném čase. Testování s platformou N97 a servopohony však ukázalo, že komunikační cyklus EtherCAT nemohl dosáhnout doby trvání kratší než 50 μs, což vytvořilo kritické úzké hrdlo pro hromadnou výrobu.
Přístup k optimalizaci v reálném čase
S využitím platforem N97 a J6412 provedla společnost APQ kompletní ladění v reálném čase na úrovni systému. Příklad procesu pro platformu N97:
1. Přepnutí operačního systému na prostředí Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + Linuxové jádro 5.15
-
Oprava v reálném čase: Xenomai 3.2 (kompatibilní s LinuxCNC)
-
Kompatibilita testována pro potřeby klienta se staršími verzemi (jádro 4.19 + Xenomai 3.1)
Kroky ladění v reálném čase:
a) Ladění BIOSu
b) Optimalizace parametrů jádra v reálném čase (ECI)
c) Ladění parametrů příkazového řádku (ECI)
d) Hluboké přizpůsobení na úrovni operačního systému
e) Měření latence/jitteru
2. Standardní pracovní postup testování v reálném čase:
-
Nástroje:Testovací moduly Latency, Clocktest, LinuxCNC
-
Cíle:
-
Latence: Maximální zpoždění < 40 μs
-
Test hodin: Drift ≈ 0 (3. sloupec výsledku blízký nule)
-
-
Provedení:Několik kol testování napříč hardwarovými šaržemi (včetně J6412 pro srovnání)
Výsledek testu:
V prostředí Linux Xenomai se výrazně zlepšila doba řídicího cyklu a jitter. Latence zůstala po celou dobu pod 40 μs, zatímco drift při testování hodin se blížil nule – což splňuje požadavky aplikace.
Výsledky aplikací v reálném světě
Řízení víceosého robotického ramene
Výzva:
Synchronizované svařování v 8 osách vyžadovalo synchronizaci na úrovni μs; tradiční řešení způsobovala drift a chyby trajektorie.
Optimalizace:
-
J6412 s Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN přímo do serva EtherCAT
-
Isolcpus vyhrazená jádra pro zpracování v reálném čase
Výsledky:
-
Přesnost synchronizace:Drift hodinového testu ≤ 0,05 μs; Maximální odchylka trajektorie < 0,1 mm
-
Zajištění v reálném čase:72 hodin nepřetržitého provozu, špičková latence ≤ 38 μs
-
Snížení nákladů:O 35 % nižší náklady, o 60 % nižší spotřeba než řešení s i5
Ovládání pohybu čtyřnohého robotického psa
Výzva:
12kloubové dynamické vyvažování vyžadovalo zpětnou vazbu na úrovni μs; latence staršího systému > 100 μs způsobovala nestabilitu
Optimalizace:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + záplata ECI
-
Cmdline izoloval 2 jádra CPU pro servo úlohy
Výsledky:
-
Nízká latence:Řídicí cyklus do 500 μs, latence ≤ 35 μs
-
Robustnost:V testu zotavení při -20 °C, jitter < ±8 μs
-
Rozšiřitelnost:Senzor IMU přes M.2; 60% úspora energie oproti řešení založenému na i3
Možnosti nasazení
Pro technicky zdatné klienty zaměřené na výkon v reálném čase doporučuje APQLinux + Xenomainasazení. Pro koncové uživatele, kteří preferují pohodlí ihned po vybalení z krabice, APQ také nabízípředinstalované a optimalizované obrazy systémus ladicí dokumentací – snížení bariér pro nasazení.
Vzhledem k tomu, že roboti stále více nahrazují manuální úkoly,stabilní a cenově efektivní řídicí systémy v reálném časese stanou klíčovými pro úspěch. Společnost APQ tuto potřebu uspokojuje prostřednictvím integrovaných hardwarově-softwarových řešení a bude i nadále prohlubovat své zaměření na robotické edge computing a řízení pohybu – čímž poskytne více průmyslovým klientům stabilní, efektivní a snadno integrovatelné vestavěné platformy.
Pokud máte zájem o naši společnost a produkty, neváhejte kontaktovat našeho zahraničního zástupce Robina.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Čas zveřejnění: 28. července 2025