Teknologisten läpimurtojen ja toimialan laajuisen yhteistyön ansiosta vuotta 2025 pidetään laajalti "robotiikan vuotena". Koko robotiikkateollisuus on räjähdysmäisessä kasvussa, ja erilaiset sovellusskenaariot ajavat erilaistuneita teknologisia polkuja ja vaatimuksia sekä ohjelmistoille että laitteistoille. Tämän seurauksena reaaliaikaisen liikkeenohjauksen vaatimukset ja toteutusmenetelmät vaihtelevat. APQ on kehittänyt kohdennettuja reaaliaikaisen ohjauksen optimointiratkaisuja hyödyntäen robotiikkasektorin syvällistä ymmärrystä.
01
Eriävät robottiteknologian reitit ja käsittelyalustan valinta
Kaksijalkaisilla humanoidiroboteilla on ihmismäinen rakenne, joka on erinomainen sopeutumiskyky monimutkaiseen maastoon ja koko kehon koordinoimiin operaatioihin. Nämä robotit vaativat tyypillisesti 38–70 akselin liikkeenohjausta, mikä tarkoittaa erittäin korkeita reaaliaikaisia vaatimuksia ja jopa 1000 Hz:n ohjaussyklejä. APQ käyttää tehokkaita X86-prosessoreita, joita on viritetty ohjelmistolla näiden reaaliaikaisten vaatimusten täyttämiseksi.
Sitä vastoin pyörällisissä tai perusmalleissa roboteissa on kevyempi runkorakenne, joka tarjoaa suurempia etuja kustannusten hallinnassa, liiketehokkuudessa ja akun käyttöiässä. Näillä on tyypillisesti noin 30 vapausastetta ja pienempi reaaliaikaisen laskennan tarve, mutta ne ovat herkempiä virrankulutukselle. Tässä kategoriassa APQ hyödyntää vähän virtaa kuluttavia ja edullisia alustoja, kuten Intel® N97 tai J6412, kokonaisratkaisujen rakentamiseen. Tämä tasapainottaa energiatehokkuuden ja kustannukset samalla hyödyntäen X86-alustan rikasta kehitysekosysteemiä täyttääkseen tiukat vaatimukset ohjausjärjestelmän reaaliaikaiselle suorituskyvylle, vakaudelle, integroinnille ja kompaktiudelle.
02
APQ:n EtherCAT-reaaliaikaisen ohjauksen optimoinnin tapaustutkimus
Sovelluksen tausta
Pyörä-/alustarobotteja käytetään tyypillisesti monimutkaisessa liikeradan ohjauksessa, moniakselisissa vivustoissa, konenäköohjatussa liikkeessä ja vastaavissa sovelluksissa. Niiden ohjausjärjestelmien on tuettava:
-
EtherCAT-nopea väylätiedonsiirtosynkronoituun servo-ohjaukseen
-
Kova reaaliaikainen käyttöjärjestelmäalle millisekunnin vasteaikaa varten
-
Kompakti teollinen muotoilusopii ahtaisiin johdotuksiin tai kaappitiloihin
-
Laajennettavat portitmukaan lukien useita sarja- ja LAN-portteja monipuoliseen oheislaitteiden integrointiin
Yksi asiakas, joka kehitti moniakselista robottia, tarvitsi EtherCAT-tukea ja korkeaa reaaliaikaista suorituskykyä. N97-alustalla ja servoajureilla tehdyt testit osoittivat kuitenkin, että EtherCAT-tiedonsiirtosykli ei päässyt alle 50 μs:n, mikä loi kriittisen pullonkaulan massatuotannolle.
Reaaliaikainen optimointimenetelmä
APQ suoritti täyden järjestelmätason reaaliaikaisen virityksen N97- ja J6412-alustoilla. Esimerkkiprosessi N97-alustalle:
1. Käyttöjärjestelmän vaihto Linux Xenomai -ympäristöön:
-
Ubuntu 20.04 + Linux Kernel 5.15
-
Reaaliaikainen päivitys: Xenomai 3.2 (yhteensopiva LinuxCNC:n kanssa)
-
Yhteensopivuus testattu asiakkaan vanhan järjestelmän tarpeiden mukaan (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Reaaliaikaiset viritysvaiheet:
a) BIOS-viritys
b) Reaaliaikainen ytimen parametrien optimointi (ECI)
c) Komentolinjan parametrien viritys (ECI)
d) Syvä käyttöjärjestelmätason mukauttaminen
e) Latenssi-/jitter-mittaukset
2. Reaaliaikaisen testauksen vakiotyönkulku:
-
Työkalut:Latenssi, Clocktest, LinuxCNC-testimoduulit
-
Tavoitteet:
-
Latenssi: Suurin viive < 40 μs
-
Kellotesti: Drift ≈ 0 (kolmas sarake lähellä nollaa tuloksessa)
-
-
Toteutus:Useita testauskierroksia eri laitteistoerissä (mukaan lukien J6412 vertailukohdassa)
Testitulos:
Linux Xenomai -ympäristössä ohjaussyklin kesto ja jitter paranivat merkittävästi. Latenssi pysyi alle 40 μs:ssa koko ajan, ja kellotestin drift lähestyi nollaa – mikä vastaa sovelluksen vaatimuksia.
Todellisen maailman sovellustulokset
Moniakselinen robottikäsivarren ohjaus
Haaste:
8-akselinen synkronoitu hitsaus vaati μs-tason synkronointia; perinteiset ratkaisut aiheuttivat ajautumista ja liikeratavirheitä.
Optimointi:
-
J6412 Ubuntu 20.04:llä + Xenomai 3.2:lla
-
4x Gigabit LAN suoraan EtherCAT-servoon
-
Isolcpus-pohjaiset reaaliaikaiset prosessointiytimet
Tulokset:
-
Synkronoinnin tarkkuus:Kellotestin ajautuminen ≤ 0,05 μs; Suurin lentoradan poikkeama < 0,1 mm
-
Reaaliaikainen varmuus:72 tunnin jatkuva käyttö, huippulatenssi ≤ 38 μs
-
Kustannusten alentaminen:35 % alhaisemmat kustannukset, 60 % vähemmän virtaa kuin i5-ratkaisussa
Nelikerroksinen robottikoiran liikeohjaus
Haaste:
12-nivelinen dynaaminen tasapainotus vaati μs-tason takaisinkytkentää; vanhan järjestelmän latenssi > 100 μs aiheutti epävakautta
Optimointi:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI-korjaus
-
Komentolinjalla eristetty 2 CPU-ydintä servotehtäviin
Tulokset:
-
Matala latenssi:Ohjaussykli 500 μs:n sisällä, latenssi ≤ 35 μs
-
Kestävyys:-20 °C:n palautumiskokeessa jitter < ±8 μs
-
Laajennettavuus:IMU-anturi M.2-liitännän kautta; 60 % virransäästö i3-pohjaiseen ratkaisuun verrattuna
Käyttöönottovaihtoehdot
Teknisesti taitaville asiakkaille, jotka keskittyvät reaaliaikaiseen suorituskykyyn, APQ suositteleeLinux + Xenomaikäyttöönotto. APQ tarjoaa myös helppokäyttöisyyttä ja helppokäyttöisyyttä arvostaville loppukäyttäjilleesiasennetut ja optimoidut järjestelmäkuvatvirheenkorjausdokumentaation avulla — käyttöönottokynnysten alentaminen.
Koska robotit korvaavat yhä enemmän manuaalisia tehtäviä,reaaliaikaiset, vakaat ja kustannustehokkaat ohjausjärjestelmättulevat kriittisiksi menestyksen kannalta. APQ vastaa tähän tarpeeseen integroiduilla laitteisto-ohjelmistoratkaisuilla ja jatkaa keskittymisensä syventämistä robotiikan reunalaskentaan ja liikkeenohjaukseen, tarjoten yhä useammille teollisuusasiakkaille vakaat, tehokkaat ja helposti integroitavat sulautetut alustat.
Jos olet kiinnostunut yrityksestämme ja tuotteistamme, ota rohkeasti yhteyttä ulkomaan edustajaamme Robiniin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Julkaisuaika: 28.7.2025