Gracias a los avances tecnológicos y la colaboración en toda la industria, 2025 se perfila como el «Año de la Robótica». El sector robótico en su conjunto experimenta un crecimiento explosivo, con diversos escenarios de aplicación que impulsan trayectorias tecnológicas diferenciadas y demandas tanto de software como de hardware. En consecuencia, los requisitos y los métodos de implementación para el control de movimiento en tiempo real varían. Aprovechando un profundo conocimiento del sector robótico, APQ ha desarrollado soluciones específicas de optimización del control en tiempo real.
01
Diversas rutas tecnológicas robóticas y selección de plataformas de procesamiento
Los robots humanoides bípedos presentan un diseño similar al humano que destaca por su adaptabilidad a terrenos complejos y operaciones coordinadas de todo el cuerpo. Estos robots suelen requerir entre 38 y 70 ejes de control de movimiento, lo que implica requisitos de tiempo real extremadamente altos y ciclos de control de hasta 1000 Hz. APQ utiliza procesadores X86 de alto rendimiento con optimización de software para satisfacer estas exigencias en tiempo real.
En cambio, los robots con ruedas o de base fija adoptan un diseño de chasis más ligero, lo que ofrece mayores ventajas en cuanto a control de costes, eficiencia de movimiento y duración de la batería. Estos suelen tener unos 30 grados de libertad y requieren menos procesamiento en tiempo real, pero son más sensibles al consumo de energía. Para esta categoría, APQ utiliza plataformas de bajo consumo y bajo coste, como Intel® N97 o J6412, para desarrollar soluciones completas. Esto permite equilibrar la eficiencia energética y el coste, aprovechando el amplio ecosistema de desarrollo de la plataforma X86 para cumplir con los exigentes requisitos de rendimiento, estabilidad, integración y compacidad del sistema de control en tiempo real.
02
Caso práctico de optimización del control en tiempo real EtherCAT de APQ
Antecedentes de la aplicación
Los robots con ruedas o base se utilizan normalmente en el control de trayectorias complejas, el enlace multieje, el movimiento guiado por visión y aplicaciones similares. Sus sistemas de control deben ser compatibles con:
-
Comunicación de bus de alta velocidad EtherCATpara control servo sincronizado
-
Sistema operativo de tiempo real estrictopara una respuesta de submilisegundos
-
Diseño industrial compactoAdecuado para espacios reducidos de cableado o armarios.
-
Puertos expandiblesIncluye múltiples puertos serie y LAN para una integración de periféricos diversa.
Un cliente, que desarrollaba un robot multieje, requería compatibilidad con EtherCAT y un alto rendimiento en tiempo real. Sin embargo, las pruebas realizadas con la plataforma N97 y los servocontroladores demostraron que el ciclo de comunicación EtherCAT no podía ser inferior a 50 μs, lo que suponía un cuello de botella crítico para la producción en masa.
Enfoque de optimización en tiempo real
Utilizando las plataformas N97 y J6412, APQ realizó una optimización completa del sistema en tiempo real. Ejemplo de proceso para la plataforma N97:
1. Cambio del sistema operativo al entorno Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + Núcleo de Linux 5.15
-
Parche en tiempo real: Xenomai 3.2 (compatible con LinuxCNC)
-
Compatibilidad probada para las necesidades heredadas del cliente (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Pasos para el ajuste en tiempo real:
a) Ajuste de la BIOS
b) Optimización de parámetros del núcleo en tiempo real (ECI)
c) Ajuste de parámetros de la línea de comandos (ECI)
d) Personalización profunda a nivel del sistema operativo
e) Mediciones de latencia/fluctuación
2. Flujo de trabajo estándar de pruebas en tiempo real:
-
Herramientas:Módulos de prueba de latencia, Clocktest y LinuxCNC
-
Objetivos:
-
Latencia: Retardo máximo < 40 μs
-
Prueba de reloj: Deriva ≈ 0 (la tercera columna está cerca de cero en el resultado)
-
-
Ejecución:Múltiples rondas de pruebas en distintos lotes de hardware (incluido el J6412 como referencia).
Resultado de la prueba:
En el entorno Linux Xenomai, el tiempo de ciclo de control y la fluctuación mejoraron significativamente. La latencia se mantuvo por debajo de 40 μs en todo momento, mientras que la deriva de la prueba de reloj se aproximó a cero, satisfaciendo así las necesidades de la aplicación.
Resultados de aplicaciones en el mundo real
Control de brazo robótico multieje
Desafío:
La soldadura sincronizada de 8 ejes requería una sincronización a nivel de microsegundos; las soluciones tradicionales provocaban desviaciones y errores de trayectoria.
Mejoramiento:
-
J6412 con Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4 puertos Gigabit LAN con conexión directa a EtherCAT servo
-
Núcleos de procesamiento en tiempo real dedicados a Isolcpus
Resultados:
-
Precisión de sincronización:Deriva de la prueba de reloj ≤ 0,05 μs; desviación máxima de la trayectoria < 0,1 mm
-
Garantía en tiempo real:72 horas de funcionamiento continuo, latencia máxima ≤ 38 μs
-
Reducción de costos:Coste un 35 % menor, consumo de energía un 60 % menor que la solución i5.
Control de movimiento del perro robot cuadrúpedo
Desafío:
El equilibrado dinámico de 12 articulaciones requería retroalimentación a nivel de microsegundos; la latencia del sistema anterior > 100 μs causaba inestabilidad.
Mejoramiento:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
Parche PREEMPT_RT + ECI
-
Cmdline aisló 2 núcleos de CPU para tareas de servo.
Resultados:
-
Baja latencia:Ciclo de control en 500 μs, latencia ≤ 35 μs
-
Robustez:En la prueba de recuperación a -20 °C, la fluctuación fue < ±8 μs.
-
Capacidad de expansión:Sensor IMU a través de M.2; ahorro de energía del 60 % en comparación con la solución basada en i3.
Opciones de implementación
Para clientes técnicamente capacitados centrados en el rendimiento en tiempo real, APQ recomienda:Linux + Xenomaiimplementación. Para los usuarios finales que prefieren la comodidad de la configuración inmediata, APQ también ofreceimágenes del sistema preinstaladas y optimizadascon documentación de depuración: reduciendo las barreras de implementación.
A medida que los robots reemplazan cada vez más las tareas manuales,sistemas de control en tiempo real, estables y rentablesSe convierten en un elemento fundamental para el éxito. APQ satisface esta necesidad mediante soluciones integradas de hardware y software, y seguirá profundizando su enfoque en la computación perimetral robótica y el control de movimiento, brindando a más clientes industriales plataformas integradas estables, eficientes y de fácil integración.
Si le interesa nuestra empresa y nuestros productos, no dude en ponerse en contacto con nuestro representante en el extranjero, Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Fecha de publicación: 28 de julio de 2025
