Lösung

APQ Flaggschiff-Controller für verkörperte Intelligenz TER40J-A6 in einer zweibeinigen humanoiden Roboteranwendung

APQ Flaggschiff-Controller für verkörperte Intelligenz TER40J-A6 in einer zweibeinigen humanoiden Roboteranwendung

APQ Flaggschiff-Controller für verkörperte Intelligenz TER40J-A6 in einer zweibeinigen humanoiden Roboteranwendung

Zweibeinige humanoide Roboter stellen den Höhepunkt der Entwicklung von Technologien für verkörperte Intelligenz dar. Ihre menschenähnliche Form ermöglicht die nahtlose Anpassung an menschliche Arbeitsumgebungen und eröffnet ihnen breite Anwendungsmöglichkeiten in der industriellen Produktion, im Dienstleistungssektor und bei Spezialeinsätzen. Die durch die zweibeinige Struktur bedingten dynamischen Gleichgewichtsherausforderungen stellen jedoch deutlich höhere Anforderungen an das Kernsteuerungssystem als bei anderen Roboterformen – es muss den gesamten geschlossenen Regelkreis aus Wahrnehmung, Entscheidungsfindung und Steuerung innerhalb von Millisekunden realisieren.

Nach mehreren Evaluierungsrunden und einer strengen Validierung im Feld entschied sich der Kunde schließlich für APQs Flaggschiff unter den Controllern für verkörperte Intelligenz, den TER40J-A6, als zentrale Steuerungsplattform für seinen zweibeinigen humanoiden Roboter der neuen Generation.

Herausforderung für den Kunden

  • Extrem hoher Bedarf an KI-Rechenleistung:Der zweibeinige humanoide Roboter muss multimodale große Modelle in Echtzeit am Netzwerkrand ausführen, um komplexe KI-Aufgaben wie Umgebungswahrnehmung, semantisches Verständnis und Aufgabenplanung zu bewältigen, was eine KI-Leistung auf dem Tausend-TOPS-Niveau erfordert.
  • Synchronisierte Mehrkanal-HD-Videoaufnahme:Der Roboter benötigt mehrere HD-Kameras, um eine 360-Grad-Umgebungswahrnehmung zu erreichen. Daher muss der Controller mehrere GMSL2-Kameraschnittstellen und eine GNSS-Zeitsynchronisationsfähigkeit unterstützen.
  • Koexistenz von Hochgeschwindigkeitsnetzwerken und industriellen Echtzeitsignalen:Es benötigt ein 10GbE-Netzwerk für die großflächige Datenübertragung und die Extraktion von Trainingsdaten und unterstützt gleichzeitig das industrielle Echtzeit-Ethernet-Protokoll EtherCAT, um alle Gelenkmotoren des Roboters anzusteuern.
  • Integrierte Echtzeitsteuerung von Groß- und Kleinhirn:Zweibeiniges Gehen erfordert extrem kurze Bewegungssteuerungszyklen. Die Kommunikationslatenz herkömmlicher Architekturen mit getrennten „großen und kleinen Gehirnen“ genügt nicht den Echtzeitanforderungen der hochdynamischen zweibeinigen Fortbewegung, weshalb eine integrierte Rechen- und Steuerungsarchitektur unerlässlich ist.
  • Umfangreiche industrielle Kommunikationsschnittstellen:Der Controller muss gleichzeitig mit Gelenkservomotoren, Kraftsensoren, IMUs, LiDARs und anderen Geräten kommunizieren, was mehrere CAN FD-Kanäle, serielle Schnittstellen, GPIO und andere umfangreiche Schnittstellen erfordert.
  • Vibrationsfestigkeit für hochdynamische Anwendungen:Bei hochdynamischen Bewegungen wie Laufen, Springen und Tanzen ist ein zweibeiniger humanoider Roboter starken Vibrationen und Stößen ausgesetzt, weshalb der Controller über eine hervorragende Antivibrationskonstruktion und Verriegelungsschnittstellen verfügen muss.
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APQ-Lösung

TER40J-A6特点图(EN)(1)
  • 2070 TFLOPS KI-Leistung durch Integration von Big-Brain- und Small-Brain-Funktionen:Der TER40J-A6 ist mit dem NVIDIA Jetson Thor T5000 Kernmodul ausgestattet und bietet eine KI-Leistung von bis zu 2070 TFLOPS (FP4 Sparse). Im Vergleich zur Jetson AGX Orin Plattform stellt er einen qualitativen Sprung dar – mit mehr CPU-Kernen und einer etwa zwei- bis dreifach höheren CPU-Leistung. Diese Rechenleistung ermöglicht es zweibeinigen humanoiden Robotern, umfangreiche Bild- und Sprachverarbeitungsmodelle, multimodale Wahrnehmungsmodelle und komplexe Aufgabenplanungsalgorithmen in Echtzeit direkt am Netzwerkrand auszuführen und so eine durchgängige intelligente Verarbeitung von der Wahrnehmung bis zur Entscheidungsfindung zu realisieren.
  • 8 GMSL2-Kameraschnittstellen für Panoramawahrnehmung:Der TER40J-A6 ist standardmäßig mit acht GMSL2-Kameraschnittstellen ausgestattet und unterstützt GNSS-Zeitsynchronisation. Diese acht Schnittstellen ermöglichen den direkten Anschluss mehrerer HD-Kameras und damit eine 360°-Umgebungserfassung ohne tote Winkel für zweibeinige humanoide Roboter. Die GNSS-Zeitsynchronisation gewährleistet eine präzise Ausrichtung mehrerer Bilddatenströme und liefert so hochwertige Daten für Kernfunktionen wie SLAM-Mapping, Zielverfolgung und dynamische Hindernisvermeidung.
  • Einheitliche Rechen- und Steuerungsarchitektur, die die Trennung zwischen Groß- und Kleinhirn beseitigt:Der auf der Jetson Thor-Plattform basierende TER40J-A6 positioniert sich als Flaggschiff unter den integrierten Big-Brain/Small-Brain-Controllern für verkörperte Intelligenz. Er übernimmt nicht nur die Rolle des „Big Brain“ für KI-Wahrnehmung und Entscheidungsfindung, sondern auch die des „Small Brain“ für die Echtzeit-Bewegungssteuerung durch seine vielfältigen industriellen Kommunikationsschnittstellen und realisiert so ein einheitliches Big-Brain/Small-Brain-Design. Diese Architektur eliminiert die durch Kommunikationsverzögerungen verursachte Steuerungsverzögerung herkömmlicher, getrennter „Big Brain + Small Brain“-Lösungen und bietet eine solide Hardware-Grundlage für die hochdynamische Echtzeitsteuerung der zweibeinigen Fortbewegung.
  • Umfassendes Upgrade der industriellen Kommunikation für die Integration mehrerer Geräte:Der TER40J-A6 wurde umfassend mit neuen Schnittstellen für Anwendungen mit zweibeinigen humanoiden Robotern ausgestattet: 2× 10GbE-Ports + 4× unabhängige Gigabit-Ethernet-Ports (einige der Gigabit-Ports unterstützen EtherCAT): Die 10GbE-Ports ermöglichen die schnelle Extraktion großer Trainingsdaten und liefern so hochwertiges Material für die kontinuierliche Iteration und Optimierung von KI-Algorithmen. Die Gigabit-Ports können für die Kommunikation zwischen Gelenkservo, den LiDAR-Zugriff und die Backend-Kommunikation genutzt werden, wodurch eine Trennung des Datenverkehrs ohne Überlastung ermöglicht wird; 4 CAN-FD-Kanäle: Direkte Anbindung an das Gelenkservo-Antriebssystem des zweibeinigen humanoiden Roboters für eine hochpräzise, ​​synchronisierte Mehrachsensteuerung; 2 RS232/RS485-Ports: Stabiler Anschluss von Peripheriegeräten wie Kraftsensoren und IMUs; 16 GPIO-Kanäle: Ermöglichen die Erweiterung um Alarmausgänge, Statusanzeigen und weitere Aktorschnittstellen; Zusätzliche I2C-, SPI-, TTL-, PPS_IN- und 2 PWM-Schnittstellen für umfassende Anpassungsmöglichkeiten; 3 USB-10-Gbit/s- und 1 USB-5-Gbit/s-Port zum Anschluss von Hochgeschwindigkeitsspeichern, Industriekameras, Sprachmodulen, Radar, Kraftsensoren und anderen Geräten; 1 HDMI-Display-Schnittstelle für lokales Debugging und Visualisierung.
  • Vollständiges Antivibrationsdesign für hochdynamische Anwendungen:Bei hochdynamischen Aktionen wie Laufen, Springen und Tanzen ist die Steuerung eines zweibeinigen humanoiden Roboters kontinuierlichen, hochintensiven Vibrationen und Stößen ausgesetzt. Der TER40J-A6 verfügt über ein durchgängiges, systematisches Antivibrationsdesign auf Schnittstellenebene: GMSL-Kameraschnittstellen besitzen integrierte Verriegelungsmechanismen, die sichere Verbindungen für mehrere HD-Kameras auch bei intensiven Bewegungen gewährleisten. Netzwerkschnittstellen im Mini-I/O-Formfaktor mit Verriegelungsmechanismen bieten eine deutlich höhere Vibrationsfestigkeit als herkömmliche RJ45-Stecker. USB-Schnittstellen verfügen über vorgesehene Schraubpositionen um die Anschlüsse herum, um die Kabel zusätzlich zu verstärken. Dieses umfassende Schnittstellenkonzept stellt sicher, dass die Steuerung Prototyproboter bei komplexen, hochdynamischen und stoßintensiven Aktionen wie Tanzen und Saltos stabil unterstützt.
  • Drahtlose Erweiterung und Zuverlässigkeit auf Industrieniveau:Das TER40J-A6 verfügt über einen M.2 Key-M-Steckplatz für NVMe-SSDs, einen M.2 Key-B-Steckplatz für 4G/5G-Module und einen M.2 Key-E-Steckplatz für Wi-Fi/Bluetooth-Module. Seitlich befinden sich reservierte Schnittstellen zum Debuggen und Flashen sowie ein SIM-Kartensteckplatz für komfortable Wartung und Aufrüstung. Das Gerät misst lediglich 168,2 × 130 × 72,6 mm, ist mit intelligenter aktiver Lüfterkühlung ausgestattet, unterstützt einen Weitbereichs-Eingangsspannungsbereich von 12–28 V DC, bietet einen Betriebstemperaturbereich von -20 bis 50 °C und einen Lagertemperaturbereich von -40 bis 80 °C und hat strenge Vibrations- und Stoßtests bestanden.

Wertvolle Errungenschaften:

  • Vollständiger Durchbruch der Rechenkapazitätsengpässe:Mit einer KI-Leistung von 2070 TFLOPS können multimodale, große Modelle in Echtzeit am Netzwerkrand ausgeführt werden. Die Reaktionsgeschwindigkeit für komplexe KI-Aufgaben wie Umgebungserkennung, semantisches Verständnis und Aufgabenplanung hat gegenüber herkömmlichen Lösungen einen qualitativen Sprung gemacht und bietet eine leistungsstarke Rechengrundlage für die Weiterentwicklung zweibeiniger humanoider Roboter – von rein „gehfähigen“ zu „denkenden und entscheidungsfähigen“.
  • Einheitliche Steuerung von Groß- und Kleinhirn, nahezu latenzfreie Steuerung:Die integrierte Rechen- und Steuerungsarchitektur der Jetson Thor-Plattform beseitigt vollständig die Kommunikationsverzögerung herkömmlicher, getrennter Systeme („großes Gehirn + kleines Gehirn“). Bewegungssteuerungsbefehle für den zweibeinigen Gang können innerhalb von Nanosekunden von der Wahrnehmung bis zur Ausführung abgeschlossen werden, was die Gangstabilität und die dynamische Reaktionsgeschwindigkeit deutlich verbessert.
  • Panoramawahrnehmung ohne toten Winkel:Die acht GMSL2-Kameraschnittstellen ermöglichen in Kombination mit der GNSS-Zeitsynchronisation die präzise Erfassung und zeitliche Ausrichtung mehrerer HD-Bildströme. Dadurch kann die 360-Grad-Wahrnehmungsfähigkeit des Roboters vielfältige Szenarioanforderungen abdecken, wie z. B. die Erkennung komplexen Geländes, die Vermeidung dynamischer Hindernisse und die Zielverfolgung.
  • Sowohl Hochgeschwindigkeitskommunikation als auch Echtzeitsteuerung:Die zwei 10-GbE-Ports gewährleisten eine schnelle Aggregation von HD-Video- und Wahrnehmungsdaten und ermöglichen so die zügige Extraktion von Trainingsdaten für große Modelle sowie die kontinuierliche Optimierung von KI-Algorithmen. Die vier GbE-Ports unterstützen EtherCAT und ermöglichen damit die Echtzeitsteuerung von Gelenkmotoren im Mikrosekundenbereich.
  • Vollständiger Vibrationsschutz für hochdynamische Aufgaben:Mehrere Antivibrationsmaßnahmen – darunter verriegelte GMSL-Steckverbinder, verriegelbare Mini-I/O-Netzwerkanschlüsse und Schraubbefestigungspositionen um die USB-Schnittstellen – gewährleisten einen stabilen Betrieb des Controllers bei hochdynamischen Aktionen wie Laufen, Springen und Tanzen und lösen damit grundlegend ein hartnäckiges Problem herkömmlicher Lösungen, bei denen Vibrationen zu lockeren Schnittstellen und kurzzeitigen Signalunterbrechungen führen.
  • Integration mehrerer Geräte auf einer einzigen Plattform, was die Systemarchitektur erheblich vereinfacht:Umfangreiche Schnittstellen, darunter 4× CAN FD, 2× RS232/485, 16× GPIO und I2C/SPI/PPS, ermöglichen den Anschluss von Gelenkservos, Kraftsensoren, IMUs, LiDARs, HD-Kameras und weiteren Geräten über eine einzige Plattform. Die vollständige Systemimplementierung kann ohne zusätzliche Erweiterungsmodule erfolgen, wodurch die Komplexität der Systemintegration und die Materialkosten deutlich reduziert werden.
TER40J-A6结构图(EN)(1)