کنترلر کم مصرف APQ AK5 به سبک کارتریج چند شبکه‌ای برای ربات‌های همکار رومیزی
ربات‌های مشارکتی رومیزی به لطف طراحی سبک، دقت بالا و همکاری ایمن انسان و ربات، به سرعت در حال نفوذ به کاربردهایی مانند مونتاژ دقیق در الکترونیک 3C، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی خودکار، آموزش و پرورش و کمک‌های پزشکی هستند. برخلاف ربات‌های صنعتی بزرگ، ربات‌های مشارکتی رومیزی الزامات بسیار خاصی را در مورد اندازه کنترلر، مصرف برق، در دسترس بودن رابط و انعطاف‌پذیری در توسعه اعمال می‌کنند. کنترلر باید به اندازه کافی جمع و جور باشد تا در داخل بدنه ربات با فضای محدود قرار گیرد و در عین حال رابط‌های ارتباطی غنی - مانند چندین پورت LAN و سریال - را برای اتصال لوازم جانبی از جمله سیستم‌های بینایی، سنسورهای نیرو و گیره‌ها فراهم کند. همچنین باید از توسعه انعطاف‌پذیر ورودی/خروجی، کنترل روشنایی، گذرگاه CAN و سایر عملکردهای سفارشی برای کاربردهای مختلف پشتیبانی کند.
پس از چندین مرحله انتخاب مدل و اعتبارسنجی میدانی دقیق، مشتری سری کنترلر کارتریجی کم‌مصرف APQ AK5 چند-LAN را به عنوان پلتفرم کنترل اصلی برای ربات مشارکتی دسکتاپ نسل بعدی خود انتخاب کرد.
چالش مشتری
محدودیت‌های فضای فوق‌العاده فشرده:ربات مشارکتی رومیزی حجم داخلی محدود و فضای نصب بسیار محدودی دارد و به یک کنترلر با فاکتور فرم فوق فشرده نیاز دارد که بتواند در پایه ربات یا محفظه اتصال قرار گیرد.
الزامات ارتباط چند دستگاهی:ربات باید همزمان با درایوهای سروو، موتورهای نهایی، سیستم‌های بینایی، حسگرهای نیرو و سایر دستگاه‌ها ارتباط برقرار کند. بنابراین، کنترلر به چندین رابط اترنت مستقل و منابع ارتباط سریال فراوان نیاز دارد.
مصرف برق پایین و طراحی بدون فن:تجهیزات دسکتاپ ظرفیت مدیریت حرارتی محدودی دارند، بنابراین کنترلر باید برق بسیار کمی مصرف کند و از خنک‌کننده غیرفعال بدون فن برای از بین بردن خرابی‌های مربوط به فن و جذب گرد و غبار استفاده کند.
قابلیت توسعه انعطاف‌پذیر:مدل‌های مختلف ربات مشارکتی رومیزی، الزامات ورودی/خروجی و پروتکل ارتباطی متفاوتی دارند. کنترلر باید از قابلیت توسعه ماژولار پشتیبانی کند تا بتوان عملکردها را در صورت نیاز و بدون نیاز به تعویض کل سیستم، پیکربندی کرد.
سازگاری با محیط صنعتی:کارگاه‌های تولیدی معمولاً با نوسانات دما و لرزش تجهیزات مواجه هستند و به کنترلر نیاز دارند تا قابلیت اطمینان در سطح صنعتی، از جمله عملکرد در دمای گسترده و مقاومت در برابر لرزش/شوک را ارائه دهد.
راهکار APQ
شاسی فوق العاده جمع و جور برای ادغام آسان با تجهیزات دسکتاپ:سری AK5 تنها 53 × 145 × 186.4 میلی‌متر ابعاد دارد. این ربات ترکیبی از یک هیت سینک تمام آلومینیومی با پوشش‌های فولادی گالوانیزه در بالا و پایین است و از سه روش نصب پشتیبانی می‌کند: نصب دیواری، نصب روی ریل DIN و نصب رومیزی. شاسی فوق‌العاده جمع و جور آن را می‌توان به راحتی در پایه یا بازوی ربات ادغام کرد و فضای نصب بیشتری را برای سایر اجزای اصلی مانند موتورهای انتهایی و حسگرها آزاد کرد.
چهار پورت اترنت گیگابیت برای ارتباط کارآمد بین چند دستگاه:ربات‌های مشارکتی رومیزی نیاز به برقراری ارتباط بلادرنگ با چندین دستگاه، از جمله دوربین‌های صنعتی، حسگرهای کنترل نیرو، دستگاه‌های انتهایی و رایانه‌های میزبان دارند. سری AK5 چهار کنترل‌کننده اترنت گیگابیت Intel® i210-AT را ادغام می‌کند و چهار پورت LAN مستقل RJ45 را فراهم می‌کند. در استقرارهای واقعی، چهار پورت LAN امکان جداسازی فیزیکی و جداسازی داده‌ها را برای چهار کانال - ارتباط سیستم بینایی، دریافت حسگر کنترل نیرو، کنترل دستگاه‌های انتهایی و برنامه‌نویسی/اشکال‌زدایی رایانه میزبان - فراهم می‌کنند و تأخیرهای ارتباطی یا از دست دادن بسته‌های اطلاعاتی ناشی از ازدحام در یک مسیر شبکه واحد را از بین می‌برند و هماهنگی کارآمد بین زیرسیستم‌ها را تضمین می‌کنند.
گزینه‌های پردازنده چندگانه برای تطبیق عملکرد انعطاف‌پذیر:سری AK5 سه گزینه پردازنده ارائه می‌دهد: Intel N95، N97 و Core i3-N305. این سری شامل یک اسلات DDR4 SO-DIMM است که تا 32 گیگابایت حافظه را پشتیبانی می‌کند و می‌تواند به راحتی کاربردهای صنعتی مانند بازرسی بینایی ماشین، کنترل تجهیزات و جمع‌آوری داده‌ها را مدیریت کند. این سه پیکربندی پردازنده، نیازهای محاسباتی از کنترل منطقی پایه تا الگوریتم‌های بینایی پیچیده را پوشش می‌دهد و به مشتریان این امکان را می‌دهد که سطح عملکرد مناسب را برای هر کاربرد انتخاب کنند.
توسعه ماژولار به سبک کارتریج برای پیکربندی ورودی/خروجی بر اساس تقاضا:قابلیت توسعه، نقطه قوت کلیدی سری AK5 است. این سری از کارتریج‌های توسعه APQ پشتیبانی می‌کند که می‌توانند بر اساس نیازهای کاربردی انتخاب شوند. کارتریج‌های اصلی موجود عبارتند از: کارتریج 1E: 16 GPIO (8 ورودی ایزوله نوری + 8 خروجی ایزوله نوری) + کنترل روشنایی 4 کاناله؛ کارتریج 6A: 16 GPIO (8 ورودی ایزوله نوری + 8 خروجی ایزوله نوری) + 4 پورت RS422/RS485 + 2 پورت CAN 2.0B؛ کارتریج 6B: 16 GPIO (8 ورودی ایزوله نوری + 8 خروجی رله) + 4 پورت RS422/RS485 + 2 پورت CAN 2.0B؛ کارتریج 7A: 32 GPIO (16 ورودی ایزوله نوری + 16 خروجی ایزوله نوری) + 4 پورت RS485 + 2 پورت CAN 2.0B. چه برنامه به کنترل روشنایی چند کاناله، تعداد زیادی نقطه ورودی/خروجی برای نظارت بر تجهیزات یا ارتباط باس CAN نیاز داشته باشد، سیستم می‌تواند به صورت انعطاف‌پذیری تطبیق یابد. به سادگی با تعویض کارتریج. این معماری توسعه ماژولار به سری AK5 اجازه می‌دهد تا به سرعت با الزامات سفارشی در مدل‌های مختلف ربات‌های مشارکتی رومیزی بدون نیاز به تعویض کل سیستم، سازگار شود.
رابط‌های غنی برای اتصال چند دستگاهی:پنل جلویی دو پورت USB 3.0 و دو پورت USB 2.0 را ارائه می‌دهد، به همراه یک رابط USB 2.0 Type-A داخلی برای آب‌بندی و نصب آسان‌تر. دو پورت سریال RS232/485 اتصال به سنسورهای مختلف یا کنترل‌کننده‌های صنعتی را ساده می‌کنند. دو خروجی نمایشگر HDMI و VGA از اشکال‌زدایی و تجسم محلی پشتیبانی می‌کنند. یک اسلات سیم‌کارت نانو، همراه با یک اسلات Mini PCIe، امکان توسعه ماژول‌های Wi-Fi، بلوتوث، 4G، CAN و سایر ماژول‌ها را فراهم می‌کند. یک اسلات M.2 Key-M یکپارچه از ذخیره‌سازی حالت جامد SATA پشتیبانی می‌کند.
خنک‌کننده غیرفعال بدون فن برای محیط‌های صنعتی دشوار:سری AK5 از طراحی خنک‌کننده غیرفعال کاملاً بدون فن استفاده می‌کند و از محدوده ورودی گسترده 12 تا 28 ولت DC پشتیبانی می‌کند (هنگام استفاده از عملکرد روشنایی، 24 ولت DC مورد نیاز است). این سری از محدوده دمای عملیاتی -20 تا 60 درجه سانتیگراد و محدوده دمای ذخیره‌سازی -40 تا 80 درجه سانتیگراد پشتیبانی می‌کند و آزمایش‌های ارتعاش تصادفی 3G و شوک 30G را با موفقیت پشت سر گذاشته است که امکان استقرار پایدار در محیط‌های صنعتی با ارتعاش مکرر را فراهم می‌کند.
دستاوردهای ارزشی:
هماهنگی کارآمد بین چندین دستگاه:چهار پورت گیگابیت اترنت مستقل، ایزولاسیون فیزیکی و جداسازی داده‌ها را برای کنترل سروو، کسب بینایی، ارتباط میزبان-کامپیوتر و عملیات و نگهداری از راه دور فراهم می‌کنند و تأخیرهای ارتباطی ناشی از ازدحام شبکه در معماری‌های تک پورت را از بین می‌برند و پاسخ بلادرنگ برای حرکات دقیق ربات را تضمین می‌کنند.
استقرار بسیار فشرده:شاسی فوق فشرده ۵۳ × ۱۴۵ × ۱۸۶.۴ میلی‌متری را می‌توان به راحتی در پایه ربات یا محفظه اتصال ادغام کرد و فضای نصب بیشتری را برای اجزای اصلی مانند سروو درایوها و موتورهای نهایی آزاد کرد و از طراحی بدنه ربات فشرده‌تر پشتیبانی کرد.
طراحی بدون فن برای قابلیت اطمینان طولانی مدت:هیت سینک تمام آلومینیومی همراه با خنک‌کننده غیرفعال بدون فن، خطرات ناشی از خرابی قطعات متحرک مستعد سایش مانند فن‌ها را از بین می‌برد. این امر امکان عملکرد پایدار و بلندمدت را در شرایط حرارتی محدود تجهیزات رومیزی فراهم می‌کند و به طور قابل توجهی دفعات تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهد.
توسعه به سبک کارتریج، «یک پلتفرم، چندین برنامه» را امکان‌پذیر می‌کند:با تعویض کارتریج توسعه APQ، سیستم می‌تواند به صورت انعطاف‌پذیر با پیکربندی‌های مختلف ورودی/خروجی سازگار شود. یک پلتفرم سخت‌افزاری واحد همراه با کارتریج‌های مختلف می‌تواند الزامات کنترل چندین مدل ربات مشارکتی رومیزی را پوشش دهد و هزینه‌های توسعه محصول و موجودی را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
قابلیت اطمینان در سطح صنعتی برای خطوط تولید پایدار:عملکرد در دمای گسترده از -20 تا 60 درجه سانتیگراد، همراه با گواهینامه‌های ارتعاش 3G و شوک 30G، عملکرد پایدار و بلندمدت را در محیط‌های صنعتی مانند کارگاه‌های تولید قطعات الکترونیکی 3C تضمین می‌کند و پایه کنترل قابل اعتمادی را برای استقرار گسترده ربات‌های مشارکتی رومیزی فراهم می‌کند.
