Caso práctico de aplicación: APQ TER30R-A2 para un robot cuadrúpedo
Gracias a su locomoción biomimética y su gran adaptabilidad a terrenos complejos, los robots cuadrúpedos se están adoptando rápidamente para la inspección de centrales eléctricas, patrullas de seguridad pública, extinción de incendios y rescate, y vigilancia de parques industriales. Sin embargo, en aplicaciones reales, sus sistemas de control de movimiento se enfrentan a múltiples desafíos. El controlador debe mantenerse estable bajo vibraciones de alta frecuencia y cambios bruscos de postura, sincronizar más de 12 motores articulares con alta precisión e integrar computación de alto rendimiento en una cavidad corporal muy reducida donde cada milímetro de espacio cuenta.
Tras varias rondas de evaluación del producto y rigurosas pruebas de campo, el cliente seleccionó el controlador de control de movimiento con inteligencia incorporada APQ TER30R-A2, denominado "cerebelo", como unidad central de control de movimiento para su robot cuadrúpedo de próxima generación.
Desafío del cliente
Requisitos estrictos de control de movimiento en tiempo real:Correr, saltar y girar imponen estrictos requisitos de ciclo de control. Con una frecuencia de control de 1000 Hz, la fluctuación del sistema debe mantenerse por debajo de 20 μs para garantizar una sincronización precisa y fluida en múltiples articulaciones.
Integración de dispositivos de interfaz múltipleEl sistema debe conectar simultáneamente un LiDAR, cámaras de profundidad, una IMU, más de 12 motores de articulación y múltiples sensores, lo que requiere un controlador con amplios recursos de E/S industriales.
Restricciones de espacio ultracompacto:El espacio dentro del torso del robot y los compartimentos de las articulaciones es extremadamente limitado. El controlador debe ofrecer el rendimiento requerido en un formato ultradelgado y compacto, dejando más espacio para baterías, sensores y otros módulos funcionales.
Gran resistencia a vibraciones e impactos:Durante la carrera, los saltos y la superación de obstáculos, el robot está continuamente expuesto a fuertes vibraciones e impactos. Por lo tanto, se requiere un diseño integrado a nivel de placa para evitar que los conectores se aflojen debido a las vibraciones.
Computación de IA de borde ligera:El controlador también requiere capacidad de inferencia de IA en el borde para ejecutar algoritmos ligeros para el reconocimiento del terreno, la evitación dinámica de obstáculos y funciones inteligentes similares.
Solución APQ
Control de movimiento de precisión con sincronización de 36 ejes:El TER30R-A2 incorpora un procesador Rockchip RK3588 de ocho núcleos y 64 bits con una NPU TOPS integrada de 6. Admite el control sincronizado de hasta 36 ejes. Con una frecuencia de control de 1000 Hz, la fluctuación del sistema se mantiene por debajo de 20 μs. Ya sea coordinando múltiples articulaciones durante la carrera, realizando giros rápidos o atravesando terrenos complejos, el controlador ofrece un control de movimiento preciso y fluido, proporcionando una base estable y fiable para las operaciones dinámicas del robot cuadrúpedo.
Amplia conectividad de entrada/salida para la integración de múltiples dispositivos:El TER30R-A2 cuenta con una arquitectura de E/S diseñada específicamente para sistemas de robots cuadrúpedos, que consolida los accionamientos de las articulaciones, los dispositivos de percepción, las redes industriales y las interfaces de los actuadores en un único controlador. · 4 puertos CAN FD: Conexión directa a más de 12 motores de articulación y sus sistemas de accionamiento para un control sincronizado multieje de alta precisión. · 3 puertos Gigabit Ethernet: compatibilidad con EtherCAT para una comunicación Ethernet industrial determinista y en tiempo real. · 1 puerto de 2,5 GbE + 1 puerto de GbE: El puerto de 2,5 GbE proporciona una interconexión de alta velocidad con el controlador de percepción, mientras que el puerto de GbE admite la entrada de datos de nube de puntos LiDAR. · 8 interfaces USB (3 USB 5 Gbps Tipo-C, 1 USB 2.0 Tipo-C y 4 conectores internos USB 2.0): Admite la conexión simultánea de LiDAR, cámaras de profundidad, herramientas de puesta en marcha y otros periféricos. · 4 puertos serie RS-232/RS-485 conmutables: conectividad fiable para IMU, sensores ultrasónicos y otros periféricos. · 8 × GPIO + 2 × canales PWM: Expansión flexible para el control de la iluminación, salidas de alarma y otras interfaces de actuadores. · 1 salida HDMI + 1 interfaz de audio: Conveniente para la puesta en marcha local y la visualización del estado.
Diseño ultracompacto para una integración flexible:Con unas dimensiones de tan solo 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm, el controlador es excepcionalmente compacto, con un grosor similar al diámetro de una moneda. Su carcasa de aluminio permite el montaje mediante soportes y se integra fácilmente en el torso del robot o en los compartimentos articulares, liberando espacio valioso para baterías, sensores y otros módulos. El diseño integrado de almacenamiento y memoria elimina el riesgo de que los conectores se aflojen por vibraciones, garantizando un funcionamiento estable durante misiones dinámicas y en terrenos complejos.
Expansión inalámbrica para implementaciones diversas:El controlador cuenta con una ranura M.2 Key-B (USB de 5 Gbps, formatos 3042/3052, con ranura para Nano-SIM) para módulos 4G/5G, así como una ranura M.2 Key-E (PCIe 2.0 ×1 + USB 2.0) para módulos Wi-Fi/Bluetooth. Ya sea en subestaciones remotas o para patrullas en parques industriales urbanos, permite la conectividad en tiempo real con plataformas en la nube y centros de mando.
Fiabilidad de grado industrial para operaciones dinámicas de alta intensidad:El TER30R-A2 está diseñado para entornos de robots móviles con alta vibración e impacto, a la vez que ofrece un funcionamiento en un amplio rango de temperaturas, una entrada de alimentación de amplio voltaje y un mantenimiento cómodo in situ. • Temperatura de funcionamiento: de -10 °C a 50 °C; temperatura de almacenamiento: de -40 °C a 80 °C. • Validado mediante pruebas de vibración aleatoria de 3G y de impacto de 30G para garantizar un funcionamiento fiable durante la carrera, el salto y el paso de obstáculos. • La entrada de amplio rango de 12-28 VCC admite sistemas de baterías para robots con diferentes tensiones nominales. El panel frontal integra un interruptor de encendido, un botón de recuperación del sistema, un botón de reinicio del sistema e indicadores de estado para una puesta en marcha y un mantenimiento eficientes in situ.
Logros de valor:
Control de movimiento preciso y suave:Un bucle de control de 1000 Hz con una fluctuación del sistema inferior a 20 μs permite un control sincronizado de 36 ejes, accionando con precisión los motores de las articulaciones para correr, saltar y girar de forma natural, manteniendo al mismo tiempo una postura estable en terrenos complejos.
Integración multidispositivo todo en uno:4 puertos CAN FD, 3 puertos Ethernet compatibles con EtherCAT, 8 puertos USB y 4 puertos serie permiten la integración directa de motores de articulación, LiDAR, cámaras de profundidad, IMU y otros dispositivos sin módulos de expansión adicionales, lo que simplifica significativamente la arquitectura del sistema..
Su instalación compacta libera espacio valioso:Su formato ultracompacto de 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm cabe fácilmente dentro del torso del robot, dejando más espacio para baterías, sensores y otros módulos funcionales.
Estable y fiable incluso bajo movimientos de alta intensidad:El diseño integrado a nivel de placa minimiza los riesgos de conexión relacionados con las vibraciones, mientras que la validación de vibraciones 3G y de impactos 30G garantiza un funcionamiento fiable durante la carrera, los saltos y la superación de obstáculos.
Computación de IA de borde ligera:La NPU integrada de 6 TOPS admite inferencia de IA ligera en el borde para el reconocimiento del terreno, la evitación dinámica de obstáculos y funciones similares, proporcionando la base informática para que los robots cuadrúpedos evolucionen de la locomoción autónoma a la toma de decisiones autónoma.
