Grâce aux avancées technologiques et à la collaboration à l'échelle de l'industrie, 2025 est largement considérée comme « l'Année de la Robotique ». L'ensemble du secteur de la robotique connaît une croissance fulgurante, avec des applications variées qui engendrent des évolutions technologiques et des exigences spécifiques en matière de logiciels et de matériels. Par conséquent, les exigences et les méthodes de mise en œuvre pour le contrôle de mouvement en temps réel sont diverses. Forte d'une connaissance approfondie du secteur de la robotique, APQ a développé des solutions d'optimisation du contrôle en temps réel ciblées.
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Diversité des voies technologiques robotiques et sélection des plateformes de traitement
Les robots humanoïdes bipèdes présentent une conception similaire à celle de l'humain, ce qui leur confère une excellente adaptabilité aux terrains complexes et une grande capacité de coordination corporelle. Ces robots nécessitent généralement 38 à 70 axes de contrôle de mouvement, ce qui implique des exigences de temps réel extrêmement élevées et des cycles de contrôle pouvant atteindre 1 000 Hz. APQ utilise des processeurs X86 hautes performances optimisés par logiciel pour répondre à ces exigences.
À l'inverse, les robots à roues ou sur socle adoptent une conception de châssis plus légère, offrant des avantages considérables en termes de maîtrise des coûts, d'efficacité des mouvements et d'autonomie de la batterie. Ils possèdent généralement une trentaine de degrés de liberté et nécessitent moins de puissance de calcul en temps réel, mais sont plus sensibles à la consommation d'énergie. Pour cette catégorie, APQ utilise des plateformes basse consommation et économiques telles que Intel® N97 ou J6412 afin de concevoir des solutions complètes. Cette approche permet d'optimiser l'efficacité énergétique et le coût tout en tirant parti du riche écosystème de développement de la plateforme x86 pour répondre aux exigences strictes en matière de performances en temps réel, de stabilité, d'intégration et de compacité des systèmes de contrôle.
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Étude de cas d'optimisation du contrôle en temps réel EtherCAT d'APQ
Contexte de l'application
Les robots à roues/sur socle sont généralement utilisés pour le contrôle de trajectoires complexes, les liaisons multi-axes, les mouvements guidés par vision et les applications similaires. Leurs systèmes de commande doivent prendre en charge :
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Communication par bus à haut débit EtherCATpour la commande de servo synchronisée
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Système d'exploitation temps réel durpour une réponse inférieure à la milliseconde
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Conception industrielle compacteConvient aux espaces restreints, que ce soit pour le câblage ou les armoires.
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Ports extensiblesy compris de multiples ports série et LAN pour une intégration périphérique diversifiée
Un client, développant un robot multi-axes, exigeait la prise en charge d'EtherCAT et des performances temps réel élevées. Cependant, les tests effectués avec la plateforme N97 et les servomoteurs ont montré que le cycle de communication EtherCAT ne pouvait pas descendre en dessous de 50 µs, créant ainsi un goulot d'étranglement critique pour la production en série.
Approche d'optimisation en temps réel
APQ a réalisé un réglage complet du système en temps réel à l'aide des plateformes N97 et J6412. Exemple de processus pour la plateforme N97 :
1. Basculement du système d'exploitation vers l'environnement Linux Xenomai :
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Ubuntu 20.04 + noyau Linux 5.15
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Correctif en temps réel : Xenomai 3.2 (compatible avec LinuxCNC)
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Compatibilité testée pour répondre aux besoins existants du client (noyau 4.19 + Xenomai 3.1)
Étapes de réglage en temps réel :
a) Réglage du BIOS
b) Optimisation des paramètres du noyau en temps réel (ECI)
c) Réglage des paramètres de la ligne de commande (ECI)
d) Personnalisation poussée au niveau du système d'exploitation
e) Mesures de latence/gigue
2. Flux de travail standard des tests en temps réel :
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Outils:Latence, Clocktest, modules de test LinuxCNC
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Cibles :
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Latence : Délai maximal < 40 µs
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Clocktest : Dérive ≈ 0 (3e colonne proche de zéro dans le résultat)
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Exécution:Plusieurs séries de tests sur différents lots de matériel (y compris le J6412 à titre de comparaison)
Résultat du test :
Sous l'environnement Linux Xenomai, le temps de cycle de contrôle et la gigue ont été considérablement améliorés. La latence est restée inférieure à 40 µs en permanence, tandis que la dérive d'horloge a quasiment disparu, répondant ainsi aux exigences de l'application.
Résultats d'application concrets
Commande de bras robotique multi-axes
Défi:
Le soudage synchronisé à 8 axes nécessitait une synchronisation au niveau de la microseconde ; les solutions traditionnelles entraînaient des dérives et des erreurs de trajectoire.
Optimisation:
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J6412 avec Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
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4 ports LAN Gigabit directs vers servo EtherCAT
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Cœurs de traitement en temps réel dédiés Isolcpus
Résultats:
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Précision de synchronisation :Dérive du test d'horloge ≤ 0,05 µs ; écart maximal de la trajectoire < 0,1 mm
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Assurance en temps réel :72 h de fonctionnement continu, latence maximale ≤ 38 µs
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Réduction des coûts :Coût inférieur de 35 % et consommation d'énergie réduite de 60 % par rapport à une solution i5
Contrôle de mouvement d'un chien robot quadrupède
Défi:
L'équilibrage dynamique à 12 articulations nécessitait un retour d'information de l'ordre de la microseconde ; la latence du système existant > 100 µs provoquait une instabilité.
Optimisation:
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N97 + Xenomai 3.2
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PREEMPT_RT + correctif ECI
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Ligne de commande isolée : 2 cœurs de processeur pour les tâches de servomoteurs
Résultats:
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Faible latence :Cycle de contrôle en moins de 500 µs, latence ≤ 35 µs
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Robustesse :Lors du test de récupération à -20 °C, la gigue est inférieure à ±8 μs.
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Extensibilité :Capteur IMU via M.2 ; économies d'énergie de 60 % par rapport à une solution basée sur i3
Options de déploiement
Pour les clients techniquement compétents et axés sur la performance en temps réel, APQ recommandeLinux + Xenomaidéploiement. Pour les utilisateurs finaux qui privilégient une solution prête à l'emploi, APQ propose égalementimages système préinstallées et optimiséesavec une documentation de débogage — réduisant ainsi les obstacles au déploiement.
À mesure que les robots remplacent de plus en plus les tâches manuelles,systèmes de contrôle en temps réel, stables et économiquesCes éléments deviennent essentiels à la réussite. APQ répond à ce besoin grâce à des solutions matérielles et logicielles intégrées et continuera de se concentrer davantage sur l'informatique de périphérie robotique et le contrôle de mouvement, offrant ainsi à un plus grand nombre de clients industriels des plateformes embarquées stables, efficaces et faciles à intégrer.
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Date de publication : 28 juillet 2025