Med teknologiske gennembrud og samarbejde på tværs af branchen betragtes 2025 bredt som "Robotikkens år". Hele robotindustrien oplever eksplosiv vækst, med forskellige anvendelsesscenarier, der driver differentierede teknologiske veje og krav til både software og hardware. Som følge heraf varierer kravene og implementeringsmetoderne til bevægelseskontrol i realtid. APQ har udviklet målrettede løsninger til optimering af styring i realtid med en dyb forståelse af robotsektoren.
01
Divergerende robotteknologiruter og valg af procesplatform
Tobenede humanoide robotter har et menneskelignende design, der udmærker sig ved tilpasningsevne til komplekst terræn og helkropskoordinerede operationer. Disse robotter kræver typisk bevægelseskontrol på 38 til 70 akser, hvilket betyder ekstremt høje realtidskrav og kontrolcyklusser på op til 1000 Hz. APQ bruger højtydende X86-processorer med softwarejustering for at imødekomme disse realtidskrav.
I modsætning hertil anvender hjul- eller baserobotter et mere let chassisdesign, hvilket giver større fordele inden for omkostningskontrol, bevægelseseffektivitet og batterilevetid. Disse har typisk omkring 30 frihedsgrader og lavere behov for realtidsberegning, men er mere følsomme over for strømforbrug. Til denne kategori bruger APQ lavenergi- og omkostningseffektive platforme som Intel® N97 eller J6412 til at bygge komplette løsninger. Dette balancerer strømeffektivitet og omkostninger, samtidig med at det udnytter X86-platformens rige udviklingsøkosystem til at opfylde strenge krav til styresystemers realtidsydelse, stabilitet, integration og kompakthed.
02
APQs casestudie om EtherCAT realtidsstyringsoptimering
Applikationsbaggrund
Hjul-/baserobotter bruges typisk til kompleks banestyring, flerakset kobling, visionsstyret bevægelse og lignende applikationer. Deres styresystemer skal understøtte:
-
EtherCAT højhastighedsbuskommunikationtil synkroniseret servostyring
-
Hårdt realtids-OSfor respons på under et millisekund
-
Kompakt industrielt designegnet til trange ledninger eller skabsplads
-
Udvidelige porteinklusive flere serielle og LAN-porte til integration af forskellige perifere enheder
En klient, der udviklede en multiakset robot, havde brug for EtherCAT-support og høj realtidsydelse. Test med N97-platformen og servodrivere viste dog, at EtherCAT-kommunikationscyklussen ikke kunne nå under 50 μs, hvilket skabte en kritisk flaskehals for masseproduktion.
Realtidsoptimeringstilgang
Ved hjælp af N97- og J6412-platformene udførte APQ fuld realtidsjustering på systemniveau. Eksempelproces for N97-platformen:
1. OS Skift til Linux Xenomai-miljø:
-
Ubuntu 20.04 + Linux Kernel 5.15
-
Realtidsopdatering: Xenomai 3.2 (kompatibel med LinuxCNC)
-
Kompatibilitet testet for klientens ældre behov (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Trin til realtidsjustering:
a) BIOS-justering
b) Realtidsoptimering af kerneparametre (ECI)
c) Cmdline-parameterjustering (ECI)
d) Dyb tilpasning på OS-niveau
e) Målinger af latens/jitter
2. Standard arbejdsgang for realtidstestning:
-
Værktøjer:Latens, Clocktest, LinuxCNC testmoduler
-
Mål:
-
Latens: Maks. forsinkelse < 40 μs
-
Urtest: Drift ≈ 0 (3. kolonne tæt på nul i resultatet)
-
-
Udførelse:Flere runder med test på tværs af hardwarebatcher (inklusive J6412 til sammenligning)
Testresultat:
Under Linux Xenomai-miljøet blev kontrolcyklustid og jitter betydeligt forbedret. Latensen forblev under 40 μs hele vejen igennem, mens clocktest-driften nærmede sig nul – hvilket imødekom applikationens krav.
Resultater fra den virkelige verden
Multiakset robotarmstyring
Udfordring:
8-akset synkroniseret svejsning krævede μs-niveau synkronisering; traditionelle løsninger forårsagede afdrift og banefejl.
Optimering:
-
J6412 med Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN direkte til EtherCAT servo
-
Isolcpus dedikerede realtidsprocessorkerner
Resultater:
-
Synkroniseringspræcision:Urtestdrift ≤ 0,05 μs; Maksimal baneafvigelse < 0,1 mm
-
Realtidssikring:72 timers kontinuerlig drift, peak latency ≤ 38 μs
-
Omkostningsreduktion:35% lavere omkostninger, 60% mindre strømforbrug end i5-løsning
Firbenet robothund bevægelseskontrol
Udfordring:
Dynamisk afbalancering med 12 led krævede feedback på μs-niveau; latenstid i ældre systemer > 100 μs forårsagede ustabilitet
Optimering:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI-patch
-
Cmdline isolerede 2 CPU-kerner til servoopgaver
Resultater:
-
Lav latenstid:Kontrolcyklus inden for 500 μs, latenstid ≤ 35 μs
-
Robusthed:I -20°C gendannelsestest, jitter < ±8μs
-
Udvidelsesmulighed:IMU-sensor via M.2; 60% strømbesparelse i forhold til i3-baseret løsning
Implementeringsmuligheder
For teknisk dygtige kunder med fokus på realtidsydelse anbefaler APQLinux + Xenomaiimplementering. For slutbrugere, der foretrækker bekvemmelighed direkte fra pakken, tilbyder APQ ogsåforudinstallerede og optimerede systembilledermed dokumentation for fejlfinding — der sænker barrierer for implementering.
I takt med at robotter i stigende grad erstatter manuelle opgaver,stabile og omkostningseffektive kontrolsystemer i realtidblive afgørende for succes. APQ imødekommer dette behov gennem integrerede hardware-softwareløsninger og vil fortsætte med at uddybe sit fokus på robotbaseret edge computing og motion control – hvilket vil give flere industrielle kunder stabile, effektive og let integrerede indlejrede platforme.
Hvis du er interesseret i vores virksomhed og produkter, er du velkommen til at kontakte vores udenlandske repræsentant, Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Opslagstidspunkt: 28. juli 2025