مطالعه موردی کاربردی: APQ TER30R-A2 برای یک ربات چهارپا
با حرکت بیومیمتیک و سازگاری قوی با زمینهای پیچیده، رباتهای چهارپا به سرعت برای بازرسی برق، گشتهای امنیت عمومی، آتشنشانی و نجات و نظارت بر پارکهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. با این حال، در استقرارهای دنیای واقعی، سیستمهای کنترل حرکت آنها با چالشهای متعددی روبرو هستند. کنترلکننده باید تحت ارتعاشات فرکانس بالا و تغییرات ناگهانی وضعیت بدن پایدار بماند، بیش از ۱۲ موتور مفصلی را با دقت بالا هماهنگ کند و محاسبات با کارایی بالا را در یک حفره بدن بسیار محدود که در آن هر میلیمتر از فضا اهمیت دارد، قرار دهد.
پس از چندین دور ارزیابی محصول و آزمایش میدانی دقیق، مشتری، کنترلر «مخچه» کنترل حرکت با هوش مصنوعی APQ TER30R-A2 را به عنوان واحد کنترل حرکت اصلی برای ربات چهارپای نسل بعدی خود انتخاب کرد.
چالش مشتری
الزامات کنترل حرکت بلادرنگ سخت:دویدن، پریدن و چرخیدن الزامات سختگیرانهای برای چرخه کنترل اعمال میکنند. در فرکانس کنترل ۱۰۰۰ هرتز، لرزش سیستم باید زیر ۲۰ میکروثانیه باقی بماند تا همگامسازی دقیق و روان در چندین مفصل تضمین شود.
ادغام دستگاههای چند رابطیاین سیستم باید به طور همزمان به LiDAR، دوربینهای عمق، یک IMU، بیش از ۱۲ موتور مشترک و چندین حسگر متصل شود که نیازمند یک کنترلر با منابع ورودی/خروجی صنعتی گسترده است.
محدودیتهای فضای فوقالعاده فشرده:فضای داخل تنه و محفظههای مفاصل ربات بسیار محدود است. کنترلر باید عملکرد مورد نیاز را در یک فرم فاکتور فوقالعاده نازک و جمع و جور ارائه دهد و فضای بیشتری برای باتریها، حسگرها و سایر ماژولهای کاربردی باقی بگذارد.
مقاومت بالا در برابر لرزش و شوک:در حین دویدن، پریدن و عبور از موانع، ربات به طور مداوم در معرض لرزش و شوک شدید قرار دارد. بنابراین، یک طراحی یکپارچه در سطح برد برای جلوگیری از شل شدن اتصالات تحت لرزش مورد نیاز است.
محاسبات هوش مصنوعی لبهای سبک:این کنترلر همچنین به قابلیت استنتاج هوش مصنوعی لبهای نیاز دارد تا الگوریتمهای سبک وزن برای تشخیص زمین، اجتناب پویا از موانع و عملکردهای هوشمند مشابه را اجرا کند.
راهکار APQ
کنترل حرکت دقیق با همگامسازی ۳۶ محوره:TER30R-A2 از یک پردازنده هشت هستهای ۶۴ بیتی Rockchip RK3588 با واحد پردازش عصبی (NPU) یکپارچه ۶ TOPS بهره میبرد. این ربات از کنترل همزمان تا ۳۶ محور پشتیبانی میکند. در فرکانس کنترل ۱۰۰۰ هرتز، لرزش سیستم کمتر از ۲۰ میکروثانیه باقی میماند. چه در حال هماهنگی چندین مفصل در حین دویدن، چرخشهای سریع یا عبور از زمینهای پیچیده باشید، این کنترلر کنترل حرکت دقیق و روانی را ارائه میدهد و پایهای پایدار و قابل اعتماد برای عملیات پویای ربات چهارپا فراهم میکند.
ورودی/خروجی غنی برای ادغام چند دستگاه:TER30R-A2 دارای یک معماری ورودی/خروجی (I/O) اختصاصی برای سیستمهای ربات چهارپا است که درایوهای مفصلی، دستگاههای ادراک، شبکههای صنعتی و رابطهای محرک را در یک کنترلر واحد تجمیع میکند. · ۴ × پورتهای CAN FD: اتصال مستقیم به بیش از ۱۲ موتور مشترک و سیستمهای محرک آنها برای کنترل هماهنگ چند محوره با دقت بالا. · ۳ × پورت اترنت گیگابیت: پشتیبانی از EtherCAT برای ارتباطات اترنت صنعتی قطعی و بلادرنگ. · ۱ پورت ۲.۵GbE + ۱ پورت GbE: پورت ۲.۵GbE اتصال پرسرعتی را با کنترلکنندهی ادراک فراهم میکند، در حالی که پورت GbE از ورودی دادههای ابر نقطهای LiDAR پشتیبانی میکند. · ۸ رابط USB (۳ رابط USB 5Gbps Type-C، ۱ رابط USB 2.0 Type-C و ۴ رابط USB 2.0 داخلی): از اتصال همزمان LiDAR، دوربینهای عمقسنج، ابزارهای راهاندازی و سایر لوازم جانبی پشتیبانی میکند. · ۴ × پورت سریال RS-232/RS-485 قابل تعویض: اتصال قابل اعتماد برای IMUها، سنسورهای اولتراسونیک و سایر لوازم جانبی. · ۸ × GPIO + ۲ × کانالهای PWM: توسعه انعطافپذیر برای کنترل روشنایی، خروجیهای هشدار و سایر رابطهای محرک. ۱ × خروجی HDMI + ۱ × رابط صوتی: مناسب برای راهاندازی محلی و نمایش وضعیت.
طراحی فوقالعاده جمعوجور برای ادغام انعطافپذیر:این کنترلر با ابعاد تنها ۱۱۸.۲ میلیمتر × ۱۲۸.۵ میلیمتر × ۳۵ میلیمتر، فوقالعاده جمعوجور است و ضخامتی تقریباً برابر با قطر یک سکه دارد. محفظه تمام آلومینیومی آن از نصب براکت پشتیبانی میکند و میتواند به راحتی در تنه ربات یا محفظههای مفصل ادغام شود و فضای ارزشمندی را برای باتریها، حسگرها و سایر ماژولها حفظ کند. طراحی یکپارچه ذخیرهسازی و حافظه داخلی، خطرات شل شدن کانکتور ناشی از لرزش را از بین میبرد و عملکرد پایدار را در حین حرکت پویا و ماموریتهای پیچیده زمینی تضمین میکند.
گسترش بیسیم برای استقرارهای متنوع:این کنترلر یک اسلات M.2 Key-B (USB 5Gbps، فاکتورهای فرم 3042/3052، با یک اسلات Nano-SIM) برای ماژولهای 4G/5G و همچنین یک اسلات M.2 Key-E (PCIe 2.0 × 1 + USB 2.0) برای ماژولهای Wi-Fi/Bluetooth ارائه میدهد. چه در پستهای برق دورافتاده مستقر شود و چه برای گشتزنی در پارکهای صنعتی شهری، اتصال بلادرنگ به پلتفرمهای ابری و مراکز فرماندهی را امکانپذیر میکند.
قابلیت اطمینان در سطح صنعتی برای عملیات دینامیکی با شدت بالا:TER30R-A2 برای محیطهای رباتهای متحرک با لرزش و شوک بالا طراحی شده است، در حالی که عملکرد در دمای گسترده، ورودی برق با ولتاژ گسترده و نگهداری راحت در محل را فراهم میکند. دمای کارکرد: -10°C تا 50°C؛ دمای نگهداری: -40°C تا 80°C. · از طریق آزمایش ارتعاش تصادفی 3G و شوک 30G برای عملکرد قابل اعتماد در حین دویدن، پریدن و عبور از موانع، تأیید شده است. ورودی با رنج وسیع ۱۲-۲۸ ولت DC از سیستمهای باتری ربات با ولتاژهای مختلف پشتیبانی میکند. · پنل جلویی شامل یک کلید روشن/خاموش، دکمه بازیابی سیستم، دکمه تنظیم مجدد سیستم و نشانگرهای وضعیت برای راهاندازی و نگهداری کارآمد در محل است.
دستاوردهای ارزشی:
کنترل حرکت دقیق و روان:یک حلقه کنترل ۱۰۰۰ هرتز با لرزش سیستم زیر ۲۰ میکروثانیه، کنترل ۳۶ محوره هماهنگ را امکانپذیر میکند و موتورهای مفصل را برای دویدن، پریدن و چرخش طبیعی با حفظ وضعیت پایدار در زمینهای پیچیده، به طور دقیق به کار میاندازد.
یکپارچهسازی همهجانبه با چند دستگاه:۴ پورت CAN FD، ۳ پورت اترنت با قابلیت EtherCAT، ۸ پورت USB و ۴ پورت سریال، امکان ادغام مستقیم موتورهای مشترک، LiDAR، دوربینهای عمق، IMUها و سایر دستگاهها را بدون ماژولهای توسعه اضافی فراهم میکنند و معماری سیستم را به طور قابل توجهی ساده میکنند..
استقرار فشرده، فضای ارزشمندی را آزاد میکند:ابعاد فوقالعاده جمعوجور ۱۱۸.۲ میلیمتر × ۱۲۸.۵ میلیمتر × ۳۵ میلیمتر به راحتی درون تنه ربات جای میگیرد و فضای بیشتری برای باتریها، حسگرها و سایر ماژولهای کاربردی باقی میگذارد.
پایدار و قابل اعتماد در حرکت با شدت بالا:طراحی یکپارچه در سطح برد، خطرات اتصال مرتبط با لرزش را به حداقل میرساند، در حالی که اعتبارسنجی لرزش 3G و شوک 30G عملکرد قابل اعتماد را در حین دویدن، پریدن و عبور از موانع تضمین میکند.
محاسبات هوش مصنوعی لبهای سبک:واحد پردازش عصبی (NPU) یکپارچه با ۶ واحد پردازش عصبی در هر نقطه (TOPS)، از استنتاج هوش مصنوعی لبه سبک برای تشخیص زمین، اجتناب پویا از موانع و عملکردهای مشابه پشتیبانی میکند و پایه محاسباتی را برای رباتهای چهارپا فراهم میکند تا از حرکت خودکار به تصمیمگیری خودکار تکامل یابند.
