Řešení

Vlajková loď APQ Embodied Intelligence Controller TER40J-A6 v aplikaci bipedálního humanoidního robota

Bipedální humanoidní roboti představují vyvrcholení technologií ztělesněné inteligence. Jejich lidská forma umožňuje bezproblémové přizpůsobení se lidskému pracovnímu prostředí, což jim dává široké možnosti uplatnění v průmyslové výrobě, komerčních službách a speciálních operacích. Problémy s dynamickou rovnováhou, které bipedální struktura přináší, však kladou mnohem vyšší požadavky na základní řídicí systém než u jiných forem robotů – musí dokončit celou uzavřenou smyčku vnímání, rozhodování a řízení během milisekund.

Po několika kolech hodnocení a důkladném ověřování v terénu si zákazník nakonec vybral vlajkovou loď řídicí jednotky APQ s vtělenou inteligencí, TER40J-A6, jako hlavní řídicí platformu pro svého bipedálního humanoidního robota nové generace.

Výzva pro zákazníky

Extrémní poptávka po výpočetní technologii s umělou inteligencí:Dvounohý humanoidní robot musí na okraji sítě spouštět multimodální velké modely v reálném čase, aby mohl provádět složité úkoly umělé inteligence, jako je vnímání prostředí, sémantické porozumění a plánování úkolů, což vyžaduje výkon umělé inteligence na úrovni tisíce TOPS.
Synchronizované vícekanálové snímání HD videa:Robot potřebuje několik HD kamer k dosažení 360stupňového vnímání prostředí, což vyžaduje, aby řídicí jednotka podporovala více rozhraní kamer GMSL2 a schopnost synchronizace času s GNSS.
Koexistence vysokorychlostních sítí a průmyslových signálů v reálném čase:Vyžaduje síť třídy 10GbE pro rozsáhlý přenos dat a extrakci trénovacích dat a zároveň podporuje průmyslový protokol EtherCAT v reálném čase pro řízení všech kloubových motorů robota.
Integrované řízení velkého/malého mozku v reálném čase:Bipedální chůze vyžaduje extrémně krátké cykly řízení pohybu. Komunikační latence tradičních architektur „odděleného velkého a malého mozku“ nedokáže splnit požadavky vysoce dynamické bipedální lokomoce na reálný čas, což činí integrovanou výpočetní a řídicí architekturu nezbytnou.
Bohatá průmyslová komunikační rozhraní:Řídicí jednotka musí současně komunikovat s kloubovými servomotory, snímači síly, IMU, LiDARy a dalšími zařízeními, což vyžaduje více kanálů CAN FD, sériové porty, GPIO a další rozsáhlá rozhraní.
Odolnost proti vibracím pro vysoce dynamický provoz:Během vysoce dynamických pohybů, jako je běh, skákání a tanec, je bipedální humanoidní robot vystaven intenzivním vibracím a nárazům, což vyžaduje, aby řídicí jednotka disponovala vynikající antivibrační konstrukcí a uzamykatelnými rozhraními.

Řešení APQ

2070 TFLOPS výkonu umělé inteligence, integrace funkcí velkého a malého mozku:TER40J-A6 je vybaven jádrovým modulem NVIDIA Jetson Thor T5000, který poskytuje výkon umělé inteligence až 2070 TFLOPS (FP4 sparse). Ve srovnání s platformou Jetson AGX Orin představuje kvalitativní skok – s více jádry CPU a přibližně dvojnásobným až trojnásobným výkonem CPU. Tato úroveň výpočetního výkonu umožňuje bipedálním humanoidním robotům spouštět rozsáhlé modely vizuální řeči, multimodální modely vnímání a komplexní algoritmy plánování úloh v reálném čase na okraji sítě, což skutečně umožňuje komplexní inteligentní zpracování od „vnímání“ až po „rozhodování“.
8 rozhraní kamery GMSL2 pro panoramatické vnímání:TER40J-A6 je standardně dodáván s 8 kamerovými rozhraními GMSL2 a podporuje synchronizaci času GNSS. Těchto osm kamerových rozhraní se lze přímo připojit k více HD kamerám, což umožňuje 360stupňové vnímání prostředí bez mrtvých úhlů pro bipedální humanoidní roboty. Synchronizace času GNSS zajišťuje přesné zarovnání napříč více obrazovými streamy a poskytuje vysoce kvalitní datovou podporu pro klíčové funkce, jako je mapování SLAM, sledování cílů a dynamické vyhýbání se překážkám.
Sjednocená výpočetní a řídicí architektura, eliminující oddělení velkého a malého mozku:Řídicí jednotka TER40J-A6, postavená na platformě Jetson Thor, je vlajkovou lodí mezi integrovanými řídicími jednotkami typu „velký mozek/malý mozek“ pro ztělesněnou inteligenci. Nejenže plní roli „velkého mozku“ pro vnímání a rozhodování s využitím umělé inteligence, ale také přebírá roli „malého mozku“ pro řízení pohybu v reálném čase prostřednictvím bohatých průmyslových komunikačních rozhraní, čímž skutečně realizuje jednotný design typu „velký mozek/malý mozek“. Tato architektura zásadně eliminuje zpoždění řízení způsobené komunikačním zpožděním v tradičních oddělených řešeních typu „velký mozek + malý mozek“ a poskytuje solidní hardwarový základ pro vysoce dynamické řízení bipedálního pohybu v reálném čase.
Komplexní modernizace průmyslové komunikace pro integraci více zařízení:TER40J-A6 prošel komplexní modernizací rozhraní pro aplikace bipedálních humanoidních robotů: 2× 10GbE porty + 4× nezávislé gigabitové ethernetové porty (některé gigabitové porty podporují EtherCAT): 10GbE porty umožňují rychlou extrakci trénovacích dat z velkých modelů a poskytují vysoce kvalitní materiál pro kontinuální iteraci a optimalizaci algoritmů umělé inteligence. Gigabitové porty lze vyhradit pro komunikaci společných serv, přístup k LiDAR a backendovou komunikaci, což umožňuje oddělení provozu bez přetížení; 4× CAN FD kanály: Přímé propojení se systémem společného servopohonu bipedálního humanoidního robota pro dosažení víceosého vysoce přesného synchronizovaného řízení; 2× porty RS232/RS485: Stabilní připojení periferií, jako jsou snímače síly a IMU; 16× GPIO kanály: Usnadnění rozšíření o výstupy alarmů, indikace stavu a další rozhraní akčních členů; Další rozhraní I2C, SPI, TTL, PPS_IN a 2× PWM pro splnění požadavků na hloubkové přizpůsobení; 3× porty USB 10 Gbps + 1× USB 5 Gbps pro připojení vysokorychlostního úložiště, průmyslových kamer, hlasových modulů, radaru, snímačů síly a dalších zařízení; 1× HDMI zobrazovací rozhraní pro lokální ladění a vizualizaci.
Plně dynamický antivibrační design rozhraní:Během vysoce dynamických akcí, jako je běh, skákání a tanec, je ovladač bipedálního humanoidního robota vystaven neustálým vibracím a nárazům s vysokou intenzitou. TER40J-A6 se vyznačuje systematickým antivibračním designem s plným řetězcem na úrovni rozhraní: Rozhraní kamer GMSL jsou vybavena vestavěnými západkovými uzamykacími strukturami, které zajišťují bezpečné připojení více HD kamer během intenzivního pohybu; Síťová rozhraní využívají tvarový faktor Mini I/O a také jsou vybavena uzamykacími mechanismy, které nabízejí vynikající odolnost proti vibracím ve srovnání s tradičními konektory RJ45; Rozhraní USB poskytují rezervované pozice pro šroubování kolem portů, což umožňuje další zesílení kabelů upevněním; Toto kompletní schéma rozhraní zajišťuje, že ovladač může stabilně podporovat prototypy robotů při provádění složitých, vysoce dynamických a nárazových akcí, jako je tanec a salto.
Bezdrátové rozšíření a spolehlivost průmyslové úrovně:TER40J-A6 podporuje slot M.2 Key-M pro rozšíření NVMe SSD, slot M.2 Key-B pro rozšíření modulů 4G/5G a slot M.2 Key-E pro rozšíření modulů Wi-Fi/Bluetooth. Na boku jsou vyhrazená rozhraní pro ladění a flashování, stejně jako slot pro SIM kartu, pro snadnou údržbu a upgrade. Celá jednotka měří pouze 168,2 × 130 × 72,6 mm, využívá inteligentní aktivní chlazení ventilátorem, podporuje široký rozsah napájení 12–28 VDC, nabízí provozní teplotní rozsah -20 až 50 °C a skladovací teplotní rozsah -40 až 80 °C a prošla přísnými testy vibrací a nárazů.

Úspěchy v oblasti hodnot:

Úplný průlom v oblasti výpočetní techniky:Díky ultravysokému výkonu umělé inteligence s výkonem 2070 TFLOPS mohou multimodální velké modely běžet v reálném čase na okraji sítě. Rychlost odezvy pro komplexní úkoly umělé inteligence, jako je vnímání prostředí, sémantické porozumění a plánování úkolů, dosáhla kvalitativního skoku oproti tradičním řešením a poskytla tak výkonný výpočetní základ pro vývoj bipedálních humanoidních robotů z pozice pouhé „schopnosti chůze“ na „schopnost myslet a rozhodovat se“.
Sjednocená latence řízení pro velký a malý mozek, téměř nulová:Integrovaná výpočetní a řídicí architektura platformy Jetson Thor zcela eliminuje komunikační latenci tradičních oddělených řešení typu „velký mozek + malý mozek“. Řídicí příkazy pro bipedální chůzi dokáží dokončit smyčku od vnímání k provedení během nanosekund, což výrazně zlepšuje stabilitu chůze a rychlost dynamické odezvy.
Panoramatické vnímání bez slepých úhlů:8 rozhraní kamer GMSL2 v kombinaci s časovou synchronizací GNSS umožňuje přesné snímání a časové zarovnání více HD obrazových streamů, což robotu umožňuje 360stupňové vnímání, které pokrývá různé potřeby scénářů, jako je rozpoznávání složitého terénu, dynamické vyhýbání se překážkám a sledování cíle.
Vysokorychlostní komunikace i řízení v reálném čase:Dva porty 10GbE zajišťují vysokorychlostní agregaci HD videa a dat z vnímání, což umožňuje rychlou extrakci trénovacích dat pro velké modely a podporuje nepřetržitou optimalizaci algoritmů umělé inteligence. Čtyři porty GbE podporují EtherCAT, což umožňuje řízení kloubových motorů v reálném čase na úrovni mikrosekund.
Komplexní antivibrační ochrana pro vysoce dynamické úkoly:Několik antivibračních opatření – včetně konektorů GMSL s uzamykáním západkou, uzamykatelných síťových portů Mini I/O a šroubovacích upevňovacích pozic kolem rozhraní USB – zajišťuje stabilní provoz ovladače během vysoce dynamických akcí, jako je běh, skákání a tanec, a zásadně řeší přetrvávající problémy v tradičních řešeních, kde vibrace způsobují uvolněná rozhraní a krátkodobé přerušení signálu.
Integrace více zařízení na jedné platformě, což výrazně zjednodušuje architekturu systému:Bohatá rozhraní včetně 4× CAN FD, 2× RS232/485, 16× GPIO a I2C/SPI/PPS umožňují připojení k jedné platformě pro kloubová serva, snímače síly, IMU, LiDARy, HD kamery a další zařízení. Kompletní nasazení systému lze provést bez dalších rozšiřujících modulů, což výrazně snižuje složitost systémové integrace a náklady na kusovník.