Tänu tehnoloogilistele läbimurretele ja kogu tööstusharu hõlmavale koostööle peetakse 2025. aastat laialdaselt „robootika aastaks“. Kogu robootikatööstus kogeb plahvatuslikku kasvu, kusjuures mitmekesised rakendusstsenaariumid soodustavad erinevaid tehnoloogilisi teid ja nõudlust nii tarkvara kui ka riistvara järele. Seetõttu on reaalajas liikumise juhtimise nõuded ja rakendusmeetodid erinevad. Kasutades ära robootikasektori sügavat mõistmist, on APQ välja töötanud sihipärased reaalajas juhtimise optimeerimise lahendused.
01
Erinevad robottehnoloogia marsruudid ja töötlemisplatvormi valik
Kahejalgsetel humanoidrobotitel on inimsarnane disain, mis on suurepärane kohanemisvõimega keerulise maastiku ja kogu keha koordineeritud toimingutega. Need robotid vajavad tavaliselt 38–70 liikumisjuhtimistelje ulatuses, mis tähendab äärmiselt kõrgeid reaalajas nõudeid ja kuni 1000 Hz juhtimistsükleid. APQ kasutab nende reaalajas nõudmiste rahuldamiseks suure jõudlusega X86 protsessoreid, millel on tarkvaraline häälestamine.
Seevastu ratas- või baastüüpi robotitel on kergem šassiidisain, mis pakub suuremaid eeliseid kulude kontrolli, liikumise efektiivsuse ja aku tööea osas. Neil on tavaliselt umbes 30 vabadusastet ja väiksem nõudlus reaalajas andmetöötluse järele, kuid nad on energiatarbimise suhtes tundlikumad. Selles kategoorias kasutab APQ terviklahenduste loomiseks väikese energiatarbega ja odavaid platvorme, nagu Intel® N97 või J6412. See tasakaalustab energiatõhusust ja kulusid, kasutades samal ajal ära X86 platvormi rikkalikku arendusökosüsteemi, et täita juhtimissüsteemi reaalajas jõudluse, stabiilsuse, integreerituse ja kompaktsuse rangeid nõudeid.
02
APQ EtherCATi reaalajas juhtimise optimeerimise juhtumiuuring
Rakenduse taust
Ratastel/alusel roboteid kasutatakse tavaliselt keeruka trajektoori juhtimise, mitmeteljelise ühenduse, nägemisega juhitava liikumise ja sarnaste rakenduste jaoks. Nende juhtimissüsteemid peavad toetama:
-
EtherCATi kiire siinikommunikatsioonsünkroniseeritud servo juhtimiseks
-
Kõva reaalajas operatsioonisüsteemalla millisekundilise vastuse jaoks
-
Kompaktne tööstusdisainsobib kitsaste juhtmestike või kapiruumi jaoks
-
Laiendatavad pordidsealhulgas mitu jada- ja LAN-porti mitmekesise lisaseadmete integreerimiseks
Üks klient, kes arendas mitmeteljelist robotit, vajas EtherCATi tuge ja suurt reaalajas jõudlust. N97 platvormi ja servomootoritega testimine näitas aga, et EtherCATi kommunikatsioonitsükkel ei suutnud langeda alla 50 μs, mis tekitas masstootmise jaoks kriitilise kitsaskoha.
Reaalajas optimeerimise lähenemisviis
Kasutades N97 ja J6412 platvorme, teostas APQ täieliku süsteemitaseme reaalajas häälestamise. Näidisprotsess N97 platvormi jaoks:
1. OS-i lülitumine Linuxi Xenomai keskkonnale:
-
Ubuntu 20.04 + Linuxi kernel 5.15
-
Reaalajas värskendus: Xenomai 3.2 (ühildub LinuxCNC-ga)
-
Ühilduvus testitud kliendi pärandvajaduste jaoks (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Reaalajas häälestamise sammud:
a) BIOS-i häälestamine
b) Reaalajas kerneli parameetrite optimeerimine (ECI)
c) Käskluse parameetrite häälestamine (ECI)
d) Sügav OS-taseme kohandamine
e) Latentsuse/värina mõõtmised
2. Standardne reaalajas testimise töövoog:
-
Tööriistad:Latentsus, Clocktest, LinuxCNC testmoodulid
-
Sihtmärgid:
-
Latentsus: maksimaalne viivitus <40 μs
-
Kella test: Triiv ≈ 0 (tulemuse 3. veerg on nullilähedane)
-
-
Täitmine:Mitu riistvarapartiide testimisvooru (sh võrdluseks J6412)
Testi tulemus:
Linux Xenomai keskkonnas paranesid juhtimistsükli aeg ja värin märkimisväärselt. Latentsusaeg püsis kogu aeg alla 40 μs, samas kui kella testi triiv lähenes nullile – mis vastab rakenduse nõudmistele.
Reaalse maailma rakenduste tulemused
Mitmeteljeline robotkäe juhtimine
Väljakutse:
8-teljeline sünkroniseeritud keevitamine nõudis μs-tasemel sünkroniseerimist; traditsioonilised lahendused põhjustasid triivi ja trajektoorivigu.
Optimeerimine:
-
J6412 koos Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2-ga
-
4x gigabitise LAN-i otse EtherCAT-servomootorile
-
Isolcpus spetsiaalsed reaalajas töötlussüdamikud
Tulemused:
-
Sünkroonimise täpsus:Kella testi triiv ≤ 0,05 μs; maksimaalne trajektoori hälve < 0,1 mm
-
Reaalajas kindlustunne:72 tundi pidevat tööd, maksimaalne latentsusaeg ≤ 38 μs
-
Kulude vähendamine:35% madalam hind, 60% vähem energiat kui i5 lahendus
Neljakordne robotkoera liikumiskontroll
Väljakutse:
12-liigese dünaamiline tasakaalustamine vajas μs-tasemel tagasisidet; pärandsüsteemi latentsus > 100 μs põhjustas ebastabiilsust
Optimeerimine:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI plaaster
-
Käsklusereal isoleeritud 2 protsessori südamikku servoülesannete jaoks
Tulemused:
-
Madal latentsusaeg:Juhtimistsükkel 500 μs jooksul, latentsus ≤ 35 μs
-
Vastupidavus:-20°C taastumistesti ajal oli värin < ±8μs
-
Laiendatavus:IMU andur M.2 kaudu; 60% energiasääst i3-põhise lahendusega võrreldes
Juurutamisvalikud
Tehniliselt võimekatele klientidele, kes keskenduvad reaalajas jõudlusele, soovitab APQLinux + Xenomaijuurutamine. Lõppkasutajatele, kes eelistavad kohest mugavust, pakub APQ kaeelinstallitud ja optimeeritud süsteemitõmmisedsilumisdokumentatsiooniga – juurutamistõkete vähendamine.
Kuna robotid asendavad üha enam käsitsi tehtavaid ülesandeid,reaalajas, stabiilsed ja kulutõhusad juhtimissüsteemidedu saavutamiseks kriitilise tähtsusega. APQ vastab sellele vajadusele integreeritud riist- ja tarkvaralahenduste kaudu ning jätkab oma keskendumise süvendamist robotiseeritud serval töötamisele ja liikumise juhtimisele, pakkudes üha enamatele tööstusklientidele stabiilseid, tõhusaid ja hõlpsasti integreeritavaid manussüsteeme.
Kui olete meie ettevõttest ja toodetest huvitatud, võtke julgelt ühendust meie välismaise esindaja Robiniga.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Postituse aeg: 28. juuli 2025