Controlador de inteligencia incorporada APQ TER40J-A6, el producto estrella de la compañía, en una aplicación de robot humanoide bípedo.
Los robots humanoides bípedos representan la culminación de las tecnologías de inteligencia incorporada. Su forma similar a la humana permite una adaptación perfecta a los entornos laborales humanos, lo que les confiere amplias perspectivas de aplicación en la producción industrial, los servicios comerciales y las operaciones especiales. Sin embargo, los desafíos de equilibrio dinámico que plantea la estructura bípeda imponen exigencias mucho mayores al sistema de control central que las de otros tipos de robots: debe completar el ciclo cerrado de percepción, toma de decisiones y control en cuestión de milisegundos.
Tras varias rondas de evaluación y una rigurosa validación sobre el terreno, el cliente seleccionó finalmente el controlador de inteligencia incorporada insignia de APQ, el TER40J-A6, como plataforma de control central para su robot humanoide bípedo de nueva generación.
Desafío del cliente
Demanda extrema de computación de IA:El robot humanoide bípedo debe ejecutar modelos multimodales de gran tamaño en tiempo real en el extremo de la red para realizar tareas complejas de IA, como la percepción del entorno, la comprensión semántica y la planificación de tareas, lo que requiere un rendimiento de IA del orden de miles de TOPS.
Adquisición de vídeo HD multicanal sincronizada:El robot necesita varias cámaras HD para lograr una percepción ambiental de 360 grados, lo que requiere que el controlador admita múltiples interfaces de cámara GMSL2 y capacidad de sincronización horaria GNSS.
Coexistencia de redes de alta velocidad y señales industriales en tiempo real:Requiere una red de clase 10GbE para la transmisión de datos a gran escala y la extracción de datos de entrenamiento, a la vez que admite el protocolo Ethernet industrial en tiempo real EtherCAT para controlar todos los motores de las articulaciones del robot.
Control integrado en tiempo real de cerebro grande/cerebro pequeño:La marcha bípeda requiere ciclos de control de movimiento extremadamente cortos. La latencia de comunicación de las arquitecturas tradicionales de "cerebro grande y cerebro pequeño separados" no puede satisfacer los requisitos en tiempo real de la locomoción bípeda altamente dinámica, lo que hace esencial una arquitectura integrada de computación y control.
Interfaces de comunicación industrial avanzadas:El controlador debe interactuar simultáneamente con servomotores articulados, sensores de fuerza, IMU, LiDAR y otros dispositivos, lo que requiere múltiples canales CAN FD, puertos serie, GPIO y otras interfaces extensas.
Resistencia a las vibraciones para un funcionamiento de alta dinámica:Durante movimientos altamente dinámicos como correr, saltar y bailar, un robot humanoide bípedo está sometido a vibraciones e impactos intensos, lo que exige que el controlador cuente con un diseño antivibración excepcional y estructuras de interfaz de bloqueo.
Solución APQ
2070 TFLOPS de rendimiento de IA, integrando funciones de cerebro grande y cerebro pequeño:El TER40J-A6 está equipado con el módulo central NVIDIA Jetson Thor T5000, que ofrece un rendimiento de IA de hasta 2070 TFLOPS (FP4 disperso). En comparación con la plataforma Jetson AGX Orin, representa un salto cualitativo, con más núcleos de CPU y un rendimiento de CPU aproximadamente dos o tres veces superior. Este nivel de potencia de cálculo permite a los robots humanoides bípedos ejecutar modelos de visión y lenguaje a gran escala, modelos de percepción multimodal y algoritmos complejos de planificación de tareas en tiempo real en el borde de la red, lo que posibilita un procesamiento inteligente integral, desde la percepción hasta la toma de decisiones.
8 interfaces de cámara GMSL2 para percepción panorámica:El TER40J-A6 viene de serie con 8 interfaces de cámara GMSL2 y admite la sincronización horaria GNSS. Estas ocho interfaces permiten la conexión directa a varias cámaras HD, lo que posibilita una percepción ambiental de 360 grados sin puntos ciegos para robots humanoides bípedos. La sincronización horaria GNSS garantiza una alineación precisa entre múltiples flujos de imágenes, proporcionando datos de alta calidad para funciones esenciales como el mapeo SLAM, el seguimiento de objetivos y la evitación dinámica de obstáculos.
Arquitectura unificada de computación y control que elimina la separación entre procesadores de alto y bajo nivel:Construido sobre la plataforma Jetson Thor, el TER40J-A6 se posiciona como un controlador integrado insignia de gran y pequeña capacidad para la inteligencia artificial. No solo desempeña la función de "gran cerebro" en la percepción y toma de decisiones, sino que también asume la función de "pequeña capacidad" en el control de movimiento en tiempo real mediante sus completas interfaces de comunicación industrial, logrando así un diseño unificado de gran y pequeña capacidad. Esta arquitectura elimina fundamentalmente el retardo de control causado por la demora en la comunicación en las soluciones tradicionales de "gran cerebro + pequeña capacidad" y proporciona una sólida base de hardware para un control en tiempo real altamente dinámico en la locomoción bípeda.
Actualización integral de comunicaciones industriales para la integración de múltiples dispositivos:El TER40J-A6 ha sido objeto de una actualización integral de su interfaz para aplicaciones de robots humanoides bípedos: 2 puertos 10GbE + 4 puertos Gigabit Ethernet independientes (algunos de los puertos Gigabit admiten EtherCAT): Los puertos 10GbE permiten la extracción rápida de grandes conjuntos de datos de entrenamiento de modelos, proporcionando material de alta calidad para la iteración y optimización continua de algoritmos de IA. Los puertos Gigabit se pueden dedicar a la comunicación de servomotores conjuntos, acceso LiDAR y comunicación de backend, lo que permite la separación del tráfico sin congestión; 4 canales CAN FD: Interfaz directa con el sistema de accionamiento de servomotores conjuntos del robot humanoide bípedo para lograr un control sincronizado de alta precisión de múltiples ejes; 2 puertos RS232/RS485: Conexión estable de periféricos como sensores de fuerza e IMU; 16 canales GPIO: Facilitan la expansión para salidas de alarma, indicaciones de estado y otras interfaces de actuadores; Interfaces I2C, SPI, TTL, PPS_IN y 2 PWM adicionales para satisfacer los requisitos de personalización en profundidad; 3 puertos USB de 10 Gbps + 1 puerto USB de 5 Gbps para conectar almacenamiento de alta velocidad, cámaras industriales, módulos de voz, radar, sensores de fuerza y otros dispositivos; 1 interfaz de pantalla HDMI para depuración y visualización local.
Diseño antivibración de interfaz completa para funcionamiento de alta dinámica:Durante acciones altamente dinámicas como correr, saltar y bailar, el controlador de un robot humanoide bípedo está sometido a vibraciones e impactos continuos de alta intensidad. El TER40J-A6 presenta un diseño antivibración sistemático de cadena completa a nivel de interfaz: las interfaces de cámara GMSL cuentan con estructuras de bloqueo de pestillo integradas para garantizar conexiones seguras para múltiples cámaras HD durante movimientos intensos; las interfaces de red adoptan el factor de forma Mini I/O y también cuentan con mecanismos de bloqueo, lo que ofrece una resistencia a las vibraciones superior en comparación con los conectores RJ45 tradicionales; las interfaces USB proporcionan posiciones de montaje de tornillos reservadas alrededor de los puertos, lo que permite reforzar aún más los cables mediante fijación; este esquema de interfaz completo garantiza que el controlador pueda soportar de forma estable a los robots prototipo en la realización de acciones complejas, altamente dinámicas y de alto impacto, como bailar y dar volteretas.
Expansión inalámbrica y fiabilidad de grado industrial:El TER40J-A6 admite una ranura M.2 Key-M para expansión de SSD NVMe, una ranura M.2 Key-B para expansión de módulos 4G/5G y una ranura M.2 Key-E para expansión de módulos Wi-Fi/Bluetooth. En el lateral se incluyen interfaces reservadas para depuración y flasheo, así como una ranura para tarjeta SIM, para facilitar el mantenimiento y la actualización. La unidad completa mide tan solo 168,2 × 130 × 72,6 mm, utiliza refrigeración inteligente con ventilador activo, admite una entrada de alimentación de amplio rango de 12 a 28 V CC, ofrece un rango de temperatura de funcionamiento de -20 a 50 °C y un rango de temperatura de almacenamiento de -40 a 80 °C, y ha superado rigurosas pruebas de vibración y choque.
Logros de valor:
Superación total del cuello de botella informático:Con un rendimiento de IA ultra alto de 2070 TFLOPS, los modelos multimodales de gran tamaño pueden ejecutarse en tiempo real en el borde de la red. La velocidad de respuesta para tareas complejas de IA, como la percepción del entorno, la comprensión semántica y la planificación de tareas, ha dado un salto cualitativo con respecto a las soluciones tradicionales, proporcionando una potente base informática para que los robots humanoides bípedos evolucionen de ser simplemente capaces de caminar a ser capaces de pensar y tomar decisiones.
Control unificado de alta y baja latencia, casi nula:La arquitectura integrada de computación y control de la plataforma Jetson Thor elimina por completo la latencia de comunicación de las soluciones tradicionales con procesadores separados. Los comandos de control de movimiento para la marcha bípeda completan el ciclo desde la percepción hasta la ejecución en nanosegundos, lo que mejora notablemente la estabilidad al caminar y la velocidad de respuesta dinámica.
Percepción panorámica sin puntos ciegos:Las 8 interfaces de cámara GMSL2, combinadas con la sincronización horaria GNSS, permiten la adquisición precisa y la alineación temporal de múltiples flujos de imágenes HD, lo que permite que la capacidad de percepción de 360 grados del robot cubra diversas necesidades de escenarios, como el reconocimiento de terrenos complejos, la evitación dinámica de obstáculos y el seguimiento de objetivos.
Comunicación de alta velocidad y control en tiempo real:Los dos puertos 10GbE garantizan la agregación de alta velocidad de vídeo HD y datos de percepción, lo que permite la extracción rápida de datos de entrenamiento para modelos complejos y la optimización continua de algoritmos de IA. Los cuatro puertos GbE admiten EtherCAT, lo que permite el control en tiempo real de los motores de las articulaciones con una precisión de microsegundos.
Protección antivibración de interfaz completa para tareas de alta dinámica:Diversas medidas antivibración, como los conectores GMSL con cierre de seguridad, los puertos de red Mini I/O con bloqueo y las posiciones de fijación con tornillos alrededor de las interfaces USB, garantizan un funcionamiento estable del controlador durante acciones altamente dinámicas como correr, saltar y bailar, solucionando así de raíz los problemas persistentes en las soluciones tradicionales donde la vibración provoca interfaces sueltas e interrupciones momentáneas de la señal.
Integración de múltiples dispositivos en una única plataforma, lo que simplifica enormemente la arquitectura del sistema:Las completas interfaces, que incluyen 4 × CAN FD, 2 × RS232/485, 16 × GPIO e I2C/SPI/PPS, permiten la conexión en una única plataforma para servomotores, sensores de fuerza, IMU, LiDAR, cámaras HD y otros dispositivos. El despliegue completo del sistema se puede realizar sin módulos de expansión adicionales, lo que reduce significativamente la complejidad de la integración y el coste de la lista de materiales.
