Με τεχνολογικές ανακαλύψεις και συνεργασία σε ολόκληρο τον κλάδο, το 2025 θεωρείται ευρέως ως το «Έτος της Ρομποτικής». Ολόκληρη η βιομηχανία ρομποτικής γνωρίζει εκρηκτική ανάπτυξη, με ποικίλα σενάρια εφαρμογών να οδηγούν σε διαφοροποιημένες τεχνολογικές οδούς και απαιτήσεις τόσο για λογισμικό όσο και για υλικό. Κατά συνέπεια, οι απαιτήσεις και οι μέθοδοι υλοποίησης για τον έλεγχο κίνησης σε πραγματικό χρόνο ποικίλλουν. Αξιοποιώντας μια βαθιά κατανόηση του τομέα της ρομποτικής, η APQ έχει αναπτύξει στοχευμένες λύσεις βελτιστοποίησης ελέγχου σε πραγματικό χρόνο.
01
Αποκλίνουσες Διαδρομές Ρομποτικής Τεχνολογίας & Επιλογή Πλατφόρμας Επεξεργασίας
Τα δίποδα ανθρωποειδή ρομπότ διαθέτουν ανθρωποειδή σχεδιασμό που υπερέχει στην προσαρμοστικότητα σε πολύπλοκο έδαφος και σε συντονισμένες λειτουργίες ολόκληρου του σώματος. Αυτά τα ρομπότ συνήθως απαιτούν 38 έως 70 άξονες ελέγχου κίνησης, πράγμα που σημαίνει εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις σε πραγματικό χρόνο και κύκλους ελέγχου έως και 1000Hz. Το APQ χρησιμοποιεί επεξεργαστές X86 υψηλής απόδοσης με ρύθμιση λογισμικού για την κάλυψη αυτών των απαιτήσεων σε πραγματικό χρόνο.
Αντιθέτως, τα τροχοφόρα ή τα ρομπότ βάσης υιοθετούν ένα πιο ελαφρύ σχεδιασμό πλαισίου, προσφέροντας μεγαλύτερα πλεονεκτήματα στον έλεγχο του κόστους, την αποδοτικότητα κίνησης και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Αυτά συνήθως έχουν περίπου 30 βαθμούς ελευθερίας και χαμηλότερη ζήτηση για υπολογισμούς σε πραγματικό χρόνο, αλλά είναι πιο ευαίσθητα στην κατανάλωση ενέργειας. Για αυτήν την κατηγορία, η APQ χρησιμοποιεί πλατφόρμες χαμηλής ισχύος και χαμηλού κόστους όπως η Intel® N97 ή η J6412 για την κατασκευή ολοκληρωμένων λύσεων. Αυτό εξισορροπεί την ενεργειακή απόδοση και το κόστος, αξιοποιώντας παράλληλα το πλούσιο οικοσύστημα ανάπτυξης της πλατφόρμας X86 για να ανταποκριθεί στις αυστηρές απαιτήσεις για απόδοση σε πραγματικό χρόνο, σταθερότητα, ολοκλήρωση και συμπαγή σχεδιασμό του συστήματος ελέγχου.
02
Μελέτη περίπτωσης βελτιστοποίησης ελέγχου σε πραγματικό χρόνο EtherCAT της APQ
Ιστορικό εφαρμογής
Τα ρομπότ με τροχούς/βάση χρησιμοποιούνται συνήθως σε σύνθετο έλεγχο τροχιάς, σύνδεση πολλαπλών αξόνων, κίνηση με καθοδήγηση όρασης και παρόμοιες εφαρμογές. Τα συστήματα ελέγχου τους πρέπει να υποστηρίζουν:
-
Επικοινωνία υψηλής ταχύτητας διαύλου EtherCATγια συγχρονισμένο σερβοέλεγχο
-
Σκληρό λειτουργικό σύστημα σε πραγματικό χρόνογια απόκριση υπο-χιλιοστού του δευτερολέπτου
-
Συμπαγής βιομηχανικός σχεδιασμόςκατάλληλο για στενή καλωδίωση ή χώρο σε ντουλάπι
-
Επεκτάσιμες θύρεςσυμπεριλαμβανομένων πολλαπλών σειριακών θυρών και θυρών LAN για ενσωμάτωση ποικίλων περιφερειακών
Ένας πελάτης, που ανέπτυσσε ένα πολυαξονικό ρομπότ, απαιτούσε υποστήριξη EtherCAT και υψηλή απόδοση σε πραγματικό χρόνο. Ωστόσο, οι δοκιμές με την πλατφόρμα N97 και τους σερβοκινητήρες έδειξαν ότι ο κύκλος επικοινωνίας EtherCAT δεν μπορούσε να φτάσει κάτω από τα 50μs, δημιουργώντας ένα κρίσιμο σημείο συμφόρησης για τη μαζική παραγωγή.
Προσέγγιση βελτιστοποίησης σε πραγματικό χρόνο
Χρησιμοποιώντας τις πλατφόρμες N97 και J6412, το APQ εκτέλεσε πλήρη ρύθμιση σε πραγματικό χρόνο σε επίπεδο συστήματος. Παράδειγμα διαδικασίας για την πλατφόρμα N97:
1. Εναλλαγή λειτουργικού συστήματος σε περιβάλλον Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + Linux Kernel 5.15
-
Ενημέρωση σε πραγματικό χρόνο: Xenomai 3.2 (συμβατό με LinuxCNC)
-
Έγινε δοκιμή συμβατότητας για τις ανάγκες του πελάτη σε παλαιότερες εκδόσεις (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Βήματα συντονισμού σε πραγματικό χρόνο:
α) Ρύθμιση BIOS
β) Βελτιστοποίηση παραμέτρων πυρήνα σε πραγματικό χρόνο (ECI)
γ) Ρύθμιση παραμέτρων γραμμής ελέγχου (ECI)
δ) Βαθιά προσαρμογή σε επίπεδο λειτουργικού συστήματος
ε) Μετρήσεις καθυστέρησης/τρεμούλιασμα
2. Τυπική ροή εργασίας δοκιμών σε πραγματικό χρόνο:
-
Εργαλεία:Λανθάνουσα κατάσταση, δοκιμή ρολογιού, ενότητες δοκιμών LinuxCNC
-
Στόχοι:
-
Λανθάνουσα κατάσταση: Μέγιστη καθυστέρηση < 40μs
-
Δοκιμή ρολογιού: Απόκλιση ≈ 0 (3η στήλη κοντά στο μηδέν στο αποτέλεσμα)
-
-
Εκτέλεση:Πολλαπλοί γύροι δοκιμών σε παρτίδες υλικού (συμπεριλαμβανομένου του J6412 ως σύγκριση)
Αποτέλεσμα δοκιμής:
Στο περιβάλλον Linux Xenomai, ο χρόνος κύκλου ελέγχου και το jitter βελτιώθηκαν σημαντικά. Η καθυστέρηση παρέμεινε κάτω από 40μs καθ' όλη τη διάρκεια, ενώ η απόκλιση του clocktest πλησίασε το μηδέν — καλύπτοντας τις απαιτήσεις της εφαρμογής.
Αποτελέσματα Εφαρμογών σε Πραγματικό Κόσμο
Ρομποτικός έλεγχος βραχίονα πολλαπλών αξόνων
Πρόκληση:
Η συγχρονισμένη συγκόλληση 8 αξόνων απαιτούσε συγχρονισμό σε επίπεδο μs. Οι παραδοσιακές λύσεις προκαλούσαν σφάλματα μετατόπισης και τροχιάς.
Βελτιστοποίηση:
-
J6412 με Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN απευθείας σε σερβο EtherCAT
-
Πυρήνες επεξεργασίας πραγματικού χρόνου Isolcpus
Αποτελέσματα:
-
Ακρίβεια συγχρονισμού:Μετατόπιση δοκιμής ρολογιού ≤ 0,05μs. Μέγιστη απόκλιση τροχιάς < 0,1mm
-
Διασφάλιση σε πραγματικό χρόνο:72 ώρες συνεχούς λειτουργίας, μέγιστη καθυστέρηση ≤ 38μs
-
Μείωση Κόστους:35% χαμηλότερο κόστος, 60% λιγότερη ισχύς από τη λύση i5
Τετράποδο ρομπότ σκύλος με έλεγχο κίνησης
Πρόκληση:
Η δυναμική εξισορρόπηση 12 αρθρώσεων απαιτούσε ανατροφοδότηση σε επίπεδο μs. Η καθυστέρηση του παλαιού συστήματος > 100μs προκαλούσε αστάθεια.
Βελτιστοποίηση:
-
N97 + Ξενομάι 3.2
-
PREEMPT_RT + ενημέρωση κώδικα ECI
-
Η Cmdline απομόνωσε 2 πυρήνες CPU για εργασίες σερβοκινητήρα
Αποτελέσματα:
-
Χαμηλή καθυστέρηση:Κύκλος ελέγχου εντός 500μs, καθυστέρηση ≤ 35μs
-
Ευρωστία:Σε δοκιμή ανάκτησης -20°C, jitter < ±8μs
-
Επεκτασιμότητα:Αισθητήρας IMU μέσω M.2. Εξοικονόμηση ενέργειας 60% σε σχέση με τη λύση που βασίζεται σε i3.
Επιλογές ανάπτυξης
Για τεχνικά ικανούς πελάτες που επικεντρώνονται στην απόδοση σε πραγματικό χρόνο, η APQ συνιστάLinux + Ξενομάιανάπτυξη. Για τους τελικούς χρήστες που προτιμούν την ευκολία άμεσης παράδοσης, η APQ προσφέρει επίσηςπροεγκατεστημένες και βελτιστοποιημένες εικόνες συστήματοςμε τεκμηρίωση εντοπισμού σφαλμάτων — μειώνοντας τα εμπόδια ανάπτυξης.
Καθώς τα ρομπότ αντικαθιστούν όλο και περισσότερο τις χειρωνακτικές εργασίες,συστήματα ελέγχου σε πραγματικό χρόνο, σταθερά και οικονομικά αποδοτικάκαθίστανται κρίσιμες για την επιτυχία. Η APQ καλύπτει αυτήν την ανάγκη μέσω ολοκληρωμένων λύσεων υλικού-λογισμικού και θα συνεχίσει να εμβαθύνει την εστίασή της στην ρομποτική υπολογιστική άκρη και τον έλεγχο κίνησης — ενδυναμώνοντας περισσότερους βιομηχανικούς πελάτες με σταθερές, αποτελεσματικές και εύκολα ενσωματωμένες ενσωματωμένες πλατφόρμες.
Εάν ενδιαφέρεστε για την εταιρεία και τα προϊόντα μας, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε με τον εκπρόσωπό μας στο εξωτερικό, Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Ώρα δημοσίευσης: 28 Ιουλίου 2025