Lösung

Anwendungsfallstudie: APQ TER30R-A2 für einen vierbeinigen Roboter

Dank biomimetischer Fortbewegung und hoher Anpassungsfähigkeit an komplexes Gelände finden vierbeinige Roboter zunehmend Anwendung in Bereichen wie Energieinspektion, öffentliche Sicherheitsdienste, Brandbekämpfung und Rettungseinsätze sowie der Überwachung von Industrieparks. Im realen Einsatz stoßen ihre Bewegungssteuerungssysteme jedoch auf vielfältige Herausforderungen. Die Steuerung muss unter hochfrequenten Vibrationen und abrupten Positionsänderungen stabil bleiben, mehr als zwölf Gelenkmotoren hochpräzise synchronisieren und leistungsstarke Rechenleistung in einem beengten Körper integrieren, wo jeder Millimeter zählt.

Nach mehreren Runden der Produktbewertung und rigorosen Feldtests wählte der Kunde den APQ TER30R-A2 Bewegungssteuerungs-„Kleinhirn“-Controller mit verkörperter Intelligenz als zentrale Bewegungssteuerungseinheit für seinen vierbeinigen Roboter der nächsten Generation.

Herausforderung für den Kunden

Harte Anforderungen an die Echtzeit-Bewegungssteuerung:Laufen, Springen und Drehen stellen hohe Anforderungen an den Steuerungszyklus. Bei einer Steuerfrequenz von 1000 Hz muss das Systemjitter unter 20 μs bleiben, um eine präzise und reibungslose Synchronisation über mehrere Gelenke hinweg zu gewährleisten.
Integration von Geräten mit mehreren SchnittstellenDas System muss gleichzeitig LiDAR, Tiefenkameras, eine IMU, mehr als 12 Gelenkmotoren und mehrere Sensoren verbinden, was einen Controller mit umfangreichen industriellen I/O-Ressourcen erfordert.
Platzbeschränkungen bei extrem kompakten Bauweisen:Der Platz im Inneren des Robotertorsos und der Gelenkkammern ist extrem begrenzt. Die Steuerung muss die erforderliche Leistung in einer ultradünnen, kompakten Bauform erbringen, um mehr Platz für Batterien, Sensoren und andere Funktionsmodule zu schaffen.
Robuste Vibrations- und Stoßfestigkeit:Beim Laufen, Springen und Überwinden von Hindernissen ist der Roboter ständig starken Vibrationen und Stößen ausgesetzt. Daher ist eine integrierte Konstruktion auf Platinenebene erforderlich, um ein Lösen der Verbindungen durch Vibrationen zu verhindern.
Leichtgewichtiges Edge-KI-Computing:Der Controller benötigt außerdem Edge-KI-Inferenzfähigkeiten, um leichtgewichtige Algorithmen für die Geländeerkennung, die dynamische Hindernisvermeidung und ähnliche intelligente Funktionen auszuführen.

APQ-Lösung

Präzise Bewegungssteuerung mit 36-Achsen-Synchronisation:Der TER30R-A2 wird von einem Rockchip RK3588 Octa-Core 64-Bit-Prozessor mit integrierter 6 TOPS NPU angetrieben. Er unterstützt die synchronisierte Steuerung von bis zu 36 Achsen. Bei einer Steuerfrequenz von 1.000 Hz bleibt der Systemjitter unter 20 µs. Ob bei der Koordination mehrerer Gelenke während der Fahrt, bei schnellen Drehungen oder beim Überwinden komplexen Geländes – der Controller liefert eine präzise und gleichmäßige Bewegungssteuerung und bietet damit eine stabile und zuverlässige Grundlage für dynamische Operationen von Vierbeinerrobotern.

Umfangreiche Ein-/Ausgänge für die Integration mehrerer Geräte:Der TER30R-A2 verfügt über eine speziell entwickelte I/O-Architektur für vierbeinige Robotersysteme, die Gelenkantriebe, Wahrnehmungsgeräte, industrielle Netzwerke und Aktorschnittstellen in einem einzigen Controller vereint.
• 4 × CAN FD-Anschlüsse: Direkter Anschluss von mehr als 12 Gelenkmotoren und deren Antriebssystemen für eine hochpräzise, mehrachsige Synchronsteuerung.
• 3 × Gigabit-Ethernet-Anschlüsse: EtherCAT-Unterstützung für deterministische, industrielle Echtzeit-Ethernet-Kommunikation.
• 1 × 2,5GbE-Anschluss + 1 × GbE-Anschluss: Der 2,5GbE-Anschluss ermöglicht eine Hochgeschwindigkeitsverbindung mit dem Wahrnehmungscontroller, während der GbE-Anschluss die Eingabe von LiDAR-Punktwolkendaten unterstützt.
• 8 × USB-Schnittstellen (3 × USB 5Gbps Typ-C, 1 × USB 2.0 Typ-C und 4 × interne USB 2.0-Anschlüsse): Unterstützt den gleichzeitigen Anschluss von LiDAR, Tiefenkameras, Inbetriebnahmetools und anderen Peripheriegeräten.
• 4 × umschaltbare serielle RS-232/RS-485-Schnittstellen: Zuverlässige Verbindung für IMUs, Ultraschallsensoren und andere Peripheriegeräte.
• 8 × GPIO + 2 × PWM-Kanäle: Flexible Erweiterungsmöglichkeiten für Lichtsteuerung, Alarmausgänge und andere Aktorschnittstellen.
• 1 × HDMI-Ausgang + 1 × Audio-Schnittstelle: Praktisch für die lokale Inbetriebnahme und Statusanzeige.
Ultrakompaktes Design für flexible Integration:Mit Abmessungen von nur 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm ist der Controller außergewöhnlich kompakt und etwa so dick wie eine Münze. Sein Vollaluminiumgehäuse ermöglicht die Montage an Halterungen und lässt sich problemlos in den Robotertorso oder die Gelenkkammern integrieren, wodurch wertvoller Platz für Batterien, Sensoren und andere Module erhalten bleibt. Der integrierte Speicher verhindert das Lösen von Anschlüssen durch Vibrationen und gewährleistet so einen stabilen Betrieb auch bei dynamischen Fahrten und Einsätzen in anspruchsvollem Gelände.
Drahtlose Erweiterung für diverse Einsatzszenarien:Der Controller verfügt über einen M.2 Key-B-Steckplatz (USB 5 Gbit/s, Formfaktoren 3042/3052, mit Nano-SIM-Steckplatz) für 4G/5G-Module sowie einen M.2 Key-E-Steckplatz (PCIe 2.0 ×1 + USB 2.0) für WLAN-/Bluetooth-Module. Ob in abgelegenen Umspannwerken oder zur Überwachung urbaner Industriegebiete eingesetzt, ermöglicht er die Echtzeit-Anbindung an Cloud-Plattformen und Leitstellen.
Industrielle Zuverlässigkeit für hochintensive dynamische Anwendungen:Der TER30R-A2 wurde für mobile Roboterumgebungen mit starken Vibrationen und Stößen entwickelt und bietet gleichzeitig einen breiten Temperaturbereich, einen breiten Spannungseingang und eine bequeme Wartung vor Ort.
• Betriebstemperatur: -10 °C bis 50 °C; Lagertemperatur: -40 °C bis 80 °C.
• Durch 3G-Zufallsvibrations- und 30G-Schocktests wurde die zuverlässige Funktion beim Laufen, Springen und Überwinden von Hindernissen bestätigt.
• Der 12-28 VDC Weitbereichseingang unterstützt Roboterbatteriesysteme mit unterschiedlichen Nennspannungen.
• Die Frontplatte verfügt über einen Netzschalter, eine Systemwiederherstellungstaste, eine Systemreset-Taste und Statusanzeigen für eine effiziente Inbetriebnahme und Wartung vor Ort.

Wertvolle Errungenschaften:

Präzise und flüssige Bewegungssteuerung:Ein 1.000-Hz-Regelkreis mit einem Systemjitter unter 20 μs ermöglicht die synchronisierte 36-Achsen-Steuerung und die präzise Ansteuerung der Gelenkmotoren für natürliches Laufen, Springen und Drehen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer stabilen Körperhaltung in unwegsamem Gelände.

All-in-One-Integration für mehrere Geräte:4 × CAN FD-, 3 × EtherCAT-fähige Ethernet-, 8 × USB- und 4 × serielle Schnittstellen ermöglichen die direkte Integration von Gelenkmotoren, LiDAR, Tiefenkameras, IMUs und anderen Geräten ohne zusätzliche Erweiterungsmodule, wodurch die Systemarchitektur deutlich vereinfacht wird..
Kompakte Bauweise spart wertvollen Platz:Dank der ultrakompakten Abmessungen von 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm passt das Modul problemlos in den Torso des Roboters und lässt so mehr Platz für Batterien, Sensoren und andere Funktionsmodule.
Stabil und zuverlässig auch bei hochintensiven Bewegungen:Das auf Platinenebene integrierte Design minimiert vibrationsbedingte Verbindungsrisiken, während die Validierung mittels 3G-Vibrationen und 30G-Stoßfestigkeit einen zuverlässigen Betrieb beim Laufen, Springen und Überwinden von Hindernissen gewährleistet.

Leichtgewichtiges Edge-KI-Computing:Die integrierte 6 TOPS NPU unterstützt ressourcenschonende Edge-KI-Inferenz für Geländeerkennung, dynamische Hindernisvermeidung und ähnliche Funktionen und bietet damit die Rechengrundlage für die Weiterentwicklung von vierbeinigen Robotern von der autonomen Fortbewegung zur autonomen Entscheidungsfindung.