Řešení

Případová studie aplikace: APQ TER30R-A2 pro čtyřnohého robota

Díky biomimetické lokomoci a silné přizpůsobivosti složitému terénu se čtyřnozí roboti rychle zavádějí pro energetické inspekce, hlídky veřejné bezpečnosti, hasičské a záchranné složky a dohled nad průmyslovými parky. V reálném nasazení však jejich systémy řízení pohybu čelí mnoha výzvám. Řídicí jednotka musí zůstat stabilní i při vysokofrekvenčních vibracích a náhlých změnách polohy, musí s vysokou přesností synchronizovat více než 12 kloubových motorů a musí umístit vysoce výkonné výpočty do velmi omezené tělesné dutiny, kde záleží na každém milimetru prostoru.

Po několika kolech hodnocení produktu a důkladném testování v terénu si zákazník vybral řídicí jednotku APQ TER30R-A2 s vtělenou inteligencí a řízením pohybu (mozeček) jako základní jednotku řízení pohybu pro svého čtyřnohého robota nové generace.

Výzva pro zákazníky

Požadavky na tvrdé řízení pohybu v reálném čase:Běh, skákání a otáčení kladou přísné požadavky na řídicí cyklus. Při řídicí frekvenci 1 000 Hz musí jitter systému zůstat pod 20 μs, aby byla zajištěna přesná a plynulá synchronizace napříč více klouby.
Integrace zařízení s více rozhranímiSystém musí současně propojit LiDAR, hloubkové kamery, IMU, více než 12 kloubových motorů a více senzorů, což vyžaduje řídicí jednotku s rozsáhlými průmyslovými I/O zdroji.
Ultrakompaktní prostorová omezení:Prostor uvnitř trupu robota a kloubních prostorů je extrémně omezený. Řídicí jednotka musí poskytovat požadovaný výkon v ultratenkém a kompaktním provedení, které ponechává více místa pro baterie, senzory a další funkční moduly.
Robustní odolnost proti vibracím a nárazům:Během běhu, skákání a překonávání překážek je robot neustále vystaven silným vibracím a nárazům. Proto je nutná integrovaná konstrukce na úrovni desky, aby se zabránilo uvolnění konektorů v důsledku vibrací.
Lehké okrajové výpočty s umělou inteligencí:Řídicí jednotka také vyžaduje schopnost inference na okraji systému s využitím umělé inteligence, aby mohla spouštět odlehčené algoritmy pro rozpoznávání terénu, dynamické vyhýbání se překážkám a podobné inteligentní funkce.

Řešení APQ

Přesné řízení pohybu s 36osou synchronizací:TER30R-A2 je poháněn osmijádrovým 64bitovým procesorem Rockchip RK3588 s integrovaným 6TOPS NPU. Podporuje synchronizované řízení až 36 os. Při řídicí frekvenci 1 000 Hz zůstává jitter systému pod 20 μs. Ať už se jedná o koordinaci více kloubů během běhu, provádění rychlých zatáček nebo pohyb ve složitém terénu, řídicí jednotka poskytuje přesné a plynulé řízení pohybu a poskytuje stabilní a spolehlivý základ pro dynamické operace čtyřnohých robotů.

Bohatý I/O systém pro integraci více zařízení:TER30R-A2 se vyznačuje účelovou architekturou I/O pro čtyřnohé robotické systémy, která konsoliduje kloubové pohony, snímací zařízení, průmyslové sítě a rozhraní akčních členů do jediného řídicího systému.
· 4 × porty CAN FD: Přímé připojení k více než 12 kloubovým motorům a jejich pohonným systémům pro vysoce přesné víceosé synchronizované řízení.
· 3 × gigabitové ethernetové porty: Podpora EtherCAT pro deterministickou průmyslovou ethernetovou komunikaci v reálném čase.
· 1 × port 2,5 GbE + 1 × port GbE: Port 2,5 GbE poskytuje vysokorychlostní propojení s řídicí jednotkou vnímání, zatímco port GbE podporuje vstup dat z mračna bodů LiDAR.
· 8 × USB rozhraní (3 × USB 5 Gb/s Type-C, 1 × USB 2.0 Type-C a 4 × interní USB 2.0 konektory): Podpora současného připojení LiDARu, hloubkových kamer, nástrojů pro uvedení do provozu a dalších periferií.
· 4 × přepínatelné sériové porty RS-232/RS-485: Spolehlivé připojení pro IMU, ultrazvukové senzory a další periferie.
· 8 × GPIO + 2 × PWM kanály: Flexibilní rozšíření pro ovládání osvětlení, alarmové výstupy a další rozhraní akčních členů.
· 1 × HDMI výstup + 1 × audio rozhraní: Vhodné pro lokální uvedení do provozu a vizualizaci stavu.
Ultrakompaktní design pro flexibilní integraci:Řídicí jednotka s rozměry pouhých 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm je mimořádně kompaktní a její tloušťka se zhruba rovná průměru mince. Její celohliníkové pouzdro umožňuje montáž pomocí držáků a lze jej snadno integrovat do trupu robota nebo do přihrádek na klouby, čímž se šetří cenný prostor pro baterie, senzory a další moduly. Integrované úložiště a paměť eliminují riziko uvolnění konektorů v důsledku vibrací a zajišťují stabilní provoz během dynamického provozu a misí ve složitém terénu.
Bezdrátové rozšíření pro rozmanité nasazení:Řadič nabízí slot M.2 Key-B (USB 5 Gb/s, formáty 3042/3052, se slotem pro Nano-SIM) pro moduly 4G/5G a také slot M.2 Key-E (PCIe 2.0 ×1 + USB 2.0) pro moduly Wi-Fi/Bluetooth. Ať už je nasazen ve vzdálených rozvodnách nebo pro hlídky v městských průmyslových parcích, umožňuje připojení ke cloudovým platformám a velitelským centrům v reálném čase.
Spolehlivost průmyslové úrovně pro vysoce intenzivní dynamické operace:TER30R-A2 je navržen pro prostředí mobilních robotů s vysokými vibracemi a nárazy a zároveň poskytuje provoz v širokém teplotním rozsahu, široký rozsah vstupního napětí a pohodlnou údržbu na místě.
· Provozní teplota: -10 °C až 50 °C; skladovací teplota: -40 °C až 80 °C.
· Ověřeno pomocí testů s náhodnými vibracemi 3G a nárazy 30G pro spolehlivý provoz při běhu, skákání a překonávání překážek.
· Širokopásmový vstup 12–28 V DC podporuje bateriové systémy robotů s různým jmenovitým napětím.
· Přední panel obsahuje vypínač, tlačítko pro obnovení systému, tlačítko pro reset systému a stavové indikátory pro efektivní uvedení do provozu a údržbu na místě.

Úspěchy v oblasti hodnot:

Přesné a plynulé ovládání pohybu:Řídicí smyčka s frekvencí 1 000 Hz a chvěním systému pod 20 μs umožňuje synchronizované 36osé řízení a přesné řízení kloubových motorů pro přirozený běh, skákání a otáčení a zároveň udržuje stabilní držení těla i v složitém terénu.

Integrace více zařízení typu „vše v jednom“:4 × CAN FD, 3 × Ethernet s podporou EtherCAT, 8 × USB a 4 × sériové porty umožňují přímou integraci kloubových motorů, LiDARu, hloubkových kamer, IMU a dalších zařízení bez nutnosti použití dalších rozšiřujících modulů, což výrazně zjednodušuje architekturu systému..
Kompaktní rozmístění uvolňuje cenný prostor:Ultrakompaktní provedení s rozměry 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm se snadno vejde do trupu robota a ponechá tak více místa pro baterie, senzory a další funkční moduly.
Stabilní a spolehlivý při vysoce intenzivním pohybu:Integrovaný design na úrovni desky minimalizuje rizika spojená s vibracemi, zatímco validace vibrací 3G a nárazů 30G zajišťuje spolehlivý provoz při běhu, skákání a překonávání překážek.

Lehké okrajové výpočty s umělou inteligencí:Integrovaný NPU 6 TOPS podporuje odlehčenou inferenci umělé inteligence pro rozpoznávání terénu, dynamické vyhýbání se překážkám a podobné funkce, čímž poskytuje výpočetní základ pro vývoj čtyřnohých robotů od autonomního pohybu k autonomnímu rozhodování.