کنترلر هوش تجسمی پرچمدار APQ، TER40J-A6، در یک ربات انسان‌نمای دوپا
ربات‌های انسان‌نمای دوپا، اوج فناوری‌های هوش تجسمی را نشان می‌دهند. شکل انسان‌مانند آنها، سازگاری بی‌نقص با محیط‌های کاری انسانی را ممکن می‌سازد و چشم‌اندازهای کاربردی گسترده‌ای را در تولید صنعتی، خدمات تجاری و عملیات ویژه به آنها می‌دهد. با این حال، چالش‌های تعادل دینامیکی ناشی از ساختار دوپا، الزامات بسیار بالاتری را بر سیستم کنترل اصلی نسبت به سایر اشکال ربات تحمیل می‌کند - این سیستم باید حلقه بسته کامل ادراک، تصمیم‌گیری و کنترل را در عرض چند میلی‌ثانیه تکمیل کند.
پس از چندین دور ارزیابی و اعتبارسنجی میدانی دقیق، مشتری در نهایت کنترلر هوش مصنوعی پرچمدار APQ، TER40J-A6، را به عنوان پلتفرم کنترل اصلی برای ربات انسان‌نمای دوپا نسل جدید خود انتخاب کرد.
چالش مشتری
تقاضای شدید برای محاسبات هوش مصنوعی:ربات انسان‌نمای دوپا باید مدل‌های بزرگ چندوجهی را به‌صورت بلادرنگ در لبه اجرا کند تا وظایف پیچیده هوش مصنوعی مانند درک محیط، درک معنایی و برنامه‌ریزی وظیفه را انجام دهد که نیازمند عملکرد هوش مصنوعی در سطح هزار-TOPS است.
دریافت ویدیوی HD چند کاناله همزمان:این ربات برای دستیابی به درک محیطی ۳۶۰ درجه به چندین دوربین HD نیاز دارد و کنترلر نیز باید از چندین رابط دوربین GMSL2 و قابلیت همگام‌سازی زمانی GNSS پشتیبانی کند.
همزیستی شبکه‌های پرسرعت و سیگنال‌های صنعتی بلادرنگ:این ربات برای بک‌هال داده‌های بزرگ و استخراج داده‌های آموزشی به شبکه‌ای در کلاس 10GbE نیاز دارد، ضمن اینکه از پروتکل اترنت صنعتی بلادرنگ EtherCAT نیز برای راه‌اندازی تمام موتورهای مشترک ربات پشتیبانی می‌کند.
کنترل یکپارچه بلادرنگ مغز بزرگ/مغز کوچک:راه رفتن روی دوپا به چرخه‌های کنترل حرکت بسیار کوتاهی نیاز دارد. تأخیر ارتباطی معماری‌های سنتی «مغز بزرگ و مغز کوچک مجزا» نمی‌تواند الزامات زمان واقعی حرکت بسیار پویای دوپا را برآورده کند، و این امر یک معماری یکپارچه محاسبات و کنترل را ضروری می‌سازد.
رابط‌های ارتباطی صنعتی غنی:این کنترلر باید همزمان با سروو موتورهای مشترک، حسگرهای نیرو، IMUها، LiDARها و سایر دستگاه‌ها ارتباط برقرار کند و به چندین کانال CAN FD، پورت‌های سریال، GPIO و سایر رابط‌های گسترده نیاز دارد.
مقاومت در برابر لرزش برای عملیات با دینامیک بالا:در طول حرکات بسیار پویا مانند دویدن، پریدن و رقصیدن، یک ربات انسان‌نمای دوپا در معرض لرزش و ضربه شدید قرار می‌گیرد و به همین دلیل، کنترلر باید دارای طراحی ضد لرزش برجسته و ساختارهای رابط قفل‌شونده باشد.
راهکار APQ
۲۰۷۰ ترافلاپ عملکرد هوش مصنوعی، با ادغام عملکردهای مغز بزرگ و مغز کوچک:TER40J-A6 به ماژول هسته NVIDIA Jetson Thor T5000 مجهز شده است که عملکرد هوش مصنوعی تا 2070 ترافلاپس (FP4 sparse) را ارائه می‌دهد. در مقایسه با پلتفرم Jetson AGX Orin، این پلتفرم یک جهش کیفی را نشان می‌دهد - با هسته‌های CPU بیشتر و تقریباً دو تا سه برابر عملکرد CPU. این سطح از قدرت محاسباتی، ربات‌های انسان‌نمای دوپا را قادر می‌سازد تا مدل‌های زبان بینایی در مقیاس بزرگ، مدل‌های ادراک چندوجهی و الگوریتم‌های پیچیده برنامه‌ریزی وظیفه را به صورت بلادرنگ در لبه اجرا کنند و واقعاً پردازش هوشمند سرتاسری را از «ادراک» تا «تصمیم‌گیری» امکان‌پذیر سازند.
۸ رابط دوربین GMSL2 برای درک پانوراما:TER40J-A6 به صورت استاندارد با ۸ رابط دوربین GMSL2 عرضه می‌شود و از همگام‌سازی زمانی GNSS پشتیبانی می‌کند. این هشت رابط دوربین می‌توانند مستقیماً به چندین دوربین HD متصل شوند و امکان درک محیطی ۳۶۰ درجه و بدون نقطه کور را برای ربات‌های انسان‌نمای دوپا فراهم کنند. همگام‌سازی زمانی GNSS، هم‌ترازی دقیق در چندین جریان تصویر را تضمین می‌کند و پشتیبانی از داده‌های با کیفیت بالا را برای عملکردهای اصلی مانند نقشه‌برداری SLAM، ردیابی هدف و اجتناب از موانع پویا فراهم می‌کند.
معماری یکپارچه محاسبات و کنترل، حذف جداسازی مغز بزرگ/مغز کوچک:TER40J-A6 که بر اساس پلتفرم Jetson Thor ساخته شده است، به عنوان یک کنترلر پرچمدار یکپارچه مغز بزرگ/مغز کوچک برای هوش تجسمی قرار گرفته است. این کنترلر نه تنها نقش "مغز بزرگ" ادراک و تصمیم‌گیری هوش مصنوعی را انجام می‌دهد، بلکه نقش "مغز کوچک" کنترل حرکت در زمان واقعی را نیز از طریق رابط‌های ارتباطی صنعتی غنی خود بر عهده می‌گیرد و به معنای واقعی یک طراحی یکپارچه مغز بزرگ/مغز کوچک را تحقق می‌بخشد. این معماری اساساً تاخیر کنترل ناشی از تأخیر ارتباطی در راه‌حل‌های سنتی مجزای "مغز بزرگ + مغز کوچک" را از بین می‌برد و یک پایه سخت‌افزاری محکم برای کنترل زمان واقعی بسیار پویا در حرکت دوپا فراهم می‌کند.
ارتقاء جامع ارتباطات صنعتی برای ادغام چند دستگاه:رابط کاربری TER40J-A6 برای کاربردهای ربات انسان‌نمای دوپا، دستخوش یک ارتقاء جامع شده است: ۲ پورت ۱۰GbE + ۴ پورت گیگابیت اترنت مستقل (برخی از پورت‌های گیگابیت از EtherCAT پشتیبانی می‌کنند): پورت‌های ۱۰GbE امکان استخراج سریع داده‌های آموزشی مدل بزرگ را فراهم می‌کنند و مواد با کیفیتی را برای تکرار و بهینه‌سازی مداوم الگوریتم هوش مصنوعی فراهم می‌کنند. پورت‌های گیگابیت می‌توانند به ارتباطات سروو مشترک، دسترسی به LiDAR و ارتباطات backend اختصاص داده شوند و امکان جداسازی ترافیک بدون ازدحام را فراهم کنند. ۴ کانال CAN FD: مستقیماً با سیستم درایو سروو مشترک ربات انسان‌نمای دوپا ارتباط برقرار می‌کنند تا کنترل هماهنگ چند محوره با دقت بالا را محقق سازند. ۲ پورت RS232/RS485: لوازم جانبی مانند سنسورهای نیرو و IMUها را به طور پایدار متصل می‌کنند. ۱۶ کانال GPIO: گسترش خروجی‌های هشدار، نشانگرهای وضعیت و سایر رابط‌های محرک را تسهیل می‌کنند. رابط‌های I2C، SPI، TTL، PPS_IN و ۲ رابط PWM اضافی برای برآورده کردن نیازهای سفارشی‌سازی عمیق. ۳ پورت USB 10Gbps + ۱ پورت USB 5Gbps برای اتصال حافظه‌های پرسرعت، دوربین‌های صنعتی، ماژول‌های صوتی، رادار، حسگرهای نیرو و سایر دستگاه‌ها. ۱ رابط نمایشگر HDMI برای اشکال‌زدایی و تجسم محلی.
طراحی ضد لرزش تمام رابط برای عملکرد پویای بالا:در طول اقدامات بسیار پویا مانند دویدن، پریدن و رقصیدن، کنترل‌کننده یک ربات انسان‌نمای دوپا در معرض لرزش و ضربه مداوم با شدت بالا قرار می‌گیرد. TER40J-A6 دارای یک طراحی ضد لرزش سیستماتیک و زنجیره‌ای کامل در سطح رابط است: رابط‌های دوربین GMSL دارای ساختارهای قفل قفل داخلی هستند تا اتصالات ایمن را برای چندین دوربین HD در طول حرکت شدید تضمین کنند. رابط‌های شبکه از فاکتور فرم Mini I/O استفاده می‌کنند و همچنین دارای مکانیسم‌های قفل هستند که مقاومت در برابر لرزش برتر را در مقایسه با کانکتورهای سنتی RJ45 ارائه می‌دهند. رابط‌های USB موقعیت‌های پیچی رزرو شده را در اطراف پورت‌ها فراهم می‌کنند و به کابل‌ها اجازه می‌دهند تا با بستن بیشتر تقویت شوند. این طرح رابط کامل تضمین می‌کند که کنترل‌کننده می‌تواند به طور پایدار از ربات‌های نمونه اولیه در انجام اقدامات پیچیده، پویا و پرفشار مانند رقص و پشتک زدن پشتیبانی کند.
توسعه بی‌سیم و قابلیت اطمینان در سطح صنعتی:TER40J-A6 از یک اسلات M.2 Key-M برای توسعه NVMe SSD، یک اسلات M.2 Key-B برای توسعه ماژول 4G/5G و یک اسلات M.2 Key-E برای توسعه ماژول Wi-Fi/Bluetooth پشتیبانی می‌کند. رابط‌های اشکال‌زدایی و فلش رزرو شده و همچنین یک اسلات سیم‌کارت در کنار آن برای نگهداری و ارتقاء راحت ارائه شده‌اند. کل دستگاه تنها 168.2 × 130 × 72.6 میلی‌متر ابعاد دارد، از خنک‌کننده فن فعال هوشمند استفاده می‌کند، از ورودی برق با برد گسترده 12 تا 28 ولت DC پشتیبانی می‌کند، محدوده دمای عملیاتی -20 تا 50 درجه سانتیگراد و محدوده دمای ذخیره‌سازی -40 تا 80 درجه سانتیگراد را ارائه می‌دهد و آزمایش‌های دقیق لرزش و شوک را با موفقیت پشت سر گذاشته است.
دستاوردهای ارزشی:
عبور کامل از گلوگاه محاسباتی:با عملکرد فوق‌العاده بالای هوش مصنوعی به میزان ۲۰۷۰ ترافلاپس، مدل‌های بزرگ چندوجهی می‌توانند به صورت بلادرنگ در لبه شبکه اجرا شوند. سرعت پاسخگویی برای وظایف پیچیده هوش مصنوعی مانند درک محیط، درک معنایی و برنامه‌ریزی وظایف، جهشی کیفی نسبت به راه‌حل‌های سنتی داشته است و پایه محاسباتی قدرتمندی را برای ربات‌های انسان‌نمای دوپا فراهم می‌کند تا از «قادر به راه رفتن» صرف به «قادر به تفکر و تصمیم‌گیری» تکامل یابند.
مغز بزرگ و مغز کوچک یکپارچه، تأخیر کنترل نزدیک به صفر:معماری یکپارچه محاسبات و کنترل پلتفرم جتسون ثور، تأخیر ارتباطی راه‌حل‌های سنتی «مغز بزرگ + مغز کوچک» را به‌طور کامل از بین می‌برد. دستورات کنترل حرکت برای راه رفتن روی دو پا می‌توانند حلقه را از درک تا اجرا در عرض چند نانوثانیه تکمیل کنند و پایداری راه رفتن و سرعت پاسخ دینامیکی را تا حد زیادی بهبود بخشند.
دید پانوراما بدون نقطه کور:رابط‌های دوربین 8 گانه GMSL2، همراه با هماهنگ‌سازی زمانی GNSS، امکان اخذ دقیق و تنظیم زمانی چندین جریان تصویر HD را فراهم می‌کنند و به ربات اجازه می‌دهند تا با قابلیت درک 360 درجه، نیازهای سناریوهای متنوعی مانند تشخیص پیچیده زمین، اجتناب پویا از موانع و ردیابی هدف را پوشش دهد.
هم ارتباط پرسرعت و هم کنترل بلادرنگ:پورت‌های 2×10GbE، تجمیع پرسرعت ویدیوهای HD و داده‌های ادراکی را تضمین می‌کنند و امکان استخراج سریع داده‌های آموزشی برای مدل‌های بزرگ و پشتیبانی از بهینه‌سازی مداوم الگوریتم هوش مصنوعی را فراهم می‌کنند. پورت‌های 4×GbE از EtherCAT پشتیبانی می‌کنند و امکان کنترل بلادرنگ موتورهای مشترک را در سطح میکروثانیه فراهم می‌کنند.
محافظت کامل در برابر لرزش در رابط کاربری برای وظایف با دینامیک بالا:اقدامات ضد لرزش چندگانه - از جمله کانکتورهای GMSL قفل شده با چفت، پورت‌های شبکه Mini I/O قفل شونده و موقعیت‌های پیچ و مهره در اطراف رابط‌های USB - عملکرد پایدار کنترلر را در حین اقدامات بسیار پویا مانند دویدن، پریدن و رقصیدن تضمین می‌کند و اساساً مشکلات مداوم در راه‌حل‌های سنتی را که در آن لرزش باعث شل شدن رابط‌ها و وقفه‌های لحظه‌ای سیگنال می‌شود، حل می‌کند.
ادغام چند دستگاه در یک پلتفرم واحد، معماری سیستم را بسیار ساده می‌کند:رابط‌های غنی شامل ۴ × CAN FD، ۲ × RS232/485، ۱۶ × GPIO و I2C/SPI/PPS امکان اتصال تک پلتفرمی را برای سرووهای مشترک، سنسورهای نیرو، IMUها، LiDARها، دوربین‌های HD و سایر دستگاه‌ها فراهم می‌کنند. استقرار کامل سیستم می‌تواند بدون ماژول‌های توسعه اضافی انجام شود و به طور قابل توجهی پیچیدگی ادغام سیستم و هزینه BOM را کاهش دهد.
