Solution

Contrôleur d'intelligence incarnée APQ Flagship TER40J-A6 dans une application de robot humanoïde bipède

Les robots humanoïdes bipèdes représentent l'aboutissement des technologies d'intelligence incarnée. Leur forme quasi-humaine leur permet une adaptation fluide aux environnements de travail humains, leur offrant de vastes perspectives d'application dans la production industrielle, les services commerciaux et les opérations spéciales. Cependant, les défis d'équilibre dynamique posés par la structure bipède imposent au système de contrôle central des exigences bien plus élevées que pour les autres types de robots : celui-ci doit boucler la boucle complète de perception, de prise de décision et de contrôle en quelques millisecondes.

Après plusieurs cycles d'évaluation et une validation rigoureuse sur le terrain, le client a finalement sélectionné le contrôleur d'intelligence embarquée phare d'APQ, le TER40J-A6, comme plateforme de contrôle principale pour son robot humanoïde bipède de nouvelle génération.

Défi client

Demande extrême en matière de calcul IA :Le robot humanoïde bipède doit exécuter en temps réel de grands modèles multimodaux en périphérie pour réaliser des tâches d'IA complexes telles que la perception de l'environnement, la compréhension sémantique et la planification des tâches, ce qui nécessite des performances d'IA de l'ordre de mille TOPS.
Acquisition vidéo HD multicanaux synchronisée :Le robot a besoin de plusieurs caméras HD pour parvenir à une perception environnementale à 360 degrés, ce qui exige que le contrôleur prenne en charge plusieurs interfaces de caméra GMSL2 et une capacité de synchronisation temporelle GNSS.
Coexistence des réseaux à haut débit et des signaux industriels en temps réel :Il nécessite un réseau de classe 10GbE pour le transport de données à grande échelle et l'extraction de données d'entraînement, tout en prenant en charge le protocole Ethernet industriel en temps réel EtherCAT pour piloter tous les moteurs d'articulation du robot.
Contrôle intégré en temps réel du gros et du petit cerveau :La marche bipède exige des cycles de contrôle du mouvement extrêmement courts. La latence de communication des architectures traditionnelles « cerveau principal et cerveau secondaire séparés » ne permet pas de répondre aux exigences de temps réel de la locomotion bipède hautement dynamique, ce qui rend indispensable une architecture intégrée de calcul et de contrôle.
Interfaces de communication industrielle riches :Le contrôleur doit interagir simultanément avec les servomoteurs articulaires, les capteurs de force, les IMU, les LiDAR et d'autres dispositifs, ce qui nécessite plusieurs canaux CAN FD, des ports série, des GPIO et d'autres interfaces étendues.
Résistance aux vibrations pour un fonctionnement à haute dynamique :Lors de mouvements très dynamiques tels que la course, le saut et la danse, un robot humanoïde bipède est soumis à des vibrations et des impacts intenses, ce qui exige que le contrôleur soit doté d'une conception anti-vibration exceptionnelle et de structures d'interface de verrouillage.

Solution APQ

2070 TFLOPS de performances en IA, intégrant les fonctions du gros et du petit cerveau :Le TER40J-A6 est équipé du module cœur NVIDIA Jetson Thor T5000, offrant une puissance de calcul en IA jusqu'à 2 070 TFLOPS (FP4 sparse). Comparé à la plateforme Jetson AGX Orin, il représente un bond qualitatif, avec un nombre de cœurs CPU plus élevé et une puissance de calcul environ deux à trois fois supérieure. Ce niveau de puissance permet aux robots humanoïdes bipèdes d'exécuter en temps réel, en périphérie du réseau, des modèles vision-langage à grande échelle, des modèles de perception multimodaux et des algorithmes complexes de planification de tâches, autorisant ainsi un traitement intelligent de bout en bout, de la perception à la prise de décision.
8 interfaces de caméra GMSL2 pour la perception panoramique :La TER40J-A6 est équipée en standard de 8 interfaces caméra GMSL2 et prend en charge la synchronisation temporelle GNSS. Ces huit interfaces permettent la connexion directe de plusieurs caméras HD, offrant ainsi une perception de l'environnement à 360° sans angle mort pour les robots humanoïdes bipèdes. La synchronisation temporelle GNSS garantit un alignement précis des flux d'images, assurant des données de haute qualité pour des fonctions essentielles telles que la cartographie SLAM, le suivi de cibles et l'évitement dynamique d'obstacles.
Architecture unifiée de calcul et de contrôle, éliminant la séparation entre gros cerveau et petit cerveau :Basé sur la plateforme Jetson Thor, le TER40J-A6 se positionne comme un contrôleur intégré phare, combinant intelligence artificielle et intelligence artificielle globale. Il assure non seulement la perception et la prise de décision au sein de l'IA globale, mais aussi le contrôle de mouvement en temps réel grâce à ses nombreuses interfaces de communication industrielle, concrétisant ainsi une architecture unifiée. Cette architecture élimine fondamentalement le délai de contrôle dû aux latences de communication inhérentes aux solutions traditionnelles « cerveau global + cerveau simplifié » et fournit une base matérielle robuste pour un contrôle en temps réel hautement dynamique de la locomotion bipède.
Mise à niveau complète des communications industrielles pour l'intégration multi-appareils :Le TER40J-A6 a bénéficié d'une mise à niveau complète de son interface pour les applications de robots humanoïdes bipèdes : 2 ports 10GbE + 4 ports Gigabit Ethernet indépendants (certains ports Gigabit prennent en charge EtherCAT) : les ports 10GbE permettent une extraction rapide de données d'entraînement de modèles volumineux, fournissant un matériel de haute qualité pour l'itération et l'optimisation continues des algorithmes d'IA. Les ports Gigabit peuvent être dédiés à la communication servo-articulaire, à l'accès LiDAR et à la communication dorsale, permettant une séparation du trafic sans congestion ; 4 canaux CAN FD : interface directe avec le système d'entraînement servo-articulaire du robot humanoïde bipède pour un contrôle synchronisé multi-axes de haute précision ; 2 ports RS232/RS485 : connexion stable de périphériques tels que des capteurs de force et des IMU ; 16 canaux GPIO : extension possible pour les sorties d'alarme, les indications d'état et autres interfaces d'actionneurs ; interfaces I2C, SPI, TTL, PPS_IN et 2 interfaces PWM supplémentaires pour répondre à des exigences de personnalisation avancées ; 3 ports USB 10 Gbps + 1 port USB 5 Gbps pour la connexion de stockage haute vitesse, de caméras industrielles, de modules vocaux, de radars, de capteurs de force et autres dispositifs ; 1 interface d'affichage HDMI pour le débogage et la visualisation locaux.
Conception anti-vibrations à interface complète pour un fonctionnement à haute dynamique :Lors d'actions très dynamiques telles que la course, le saut et la danse, le contrôleur d'un robot humanoïde bipède est soumis à des vibrations et des impacts continus de forte intensité. Le TER40J-A6 intègre une conception anti-vibrations complète et systématique au niveau des interfaces : les interfaces caméra GMSL sont dotées de systèmes de verrouillage intégrés garantissant des connexions sécurisées pour plusieurs caméras HD lors de mouvements intenses ; les interfaces réseau adoptent le format Mini I/O et disposent également de mécanismes de verrouillage, offrant une résistance aux vibrations supérieure aux connecteurs RJ45 traditionnels ; les interfaces USB offrent des emplacements réservés pour le montage par vis autour des ports, permettant ainsi de renforcer les câbles par fixation. Ce système d'interfaces complet assure au contrôleur une stabilité optimale pour les prototypes de robots lors de l'exécution d'actions complexes, dynamiques et à fort impact, telles que la danse et les acrobaties.
Extension sans fil et fiabilité de niveau industriel :Le TER40J-A6 dispose d'un emplacement M.2 Key-M pour l'extension de SSD NVMe, d'un emplacement M.2 Key-B pour l'extension de modules 4G/5G et d'un emplacement M.2 Key-E pour l'extension de modules Wi-Fi/Bluetooth. Des interfaces de débogage et de flashage dédiées, ainsi qu'un emplacement pour carte SIM, sont disponibles sur le côté pour faciliter la maintenance et les mises à jour. L'ensemble mesure seulement 168,2 × 130 × 72,6 mm, est équipé d'un système de refroidissement actif intelligent, accepte une large plage d'alimentation de 12 à 28 V CC, fonctionne de -20 à 50 °C et stocke de -40 à 80 °C. Il a également subi avec succès des tests rigoureux de vibrations et de chocs.

Réalisations en matière de valeurs :

Percée totale dans la résolution du goulot d'étranglement informatique :Avec une puissance de calcul de 2070 TFLOPS, les grands modèles multimodaux peuvent s'exécuter en temps réel en périphérie de réseau. La vitesse de réponse pour les tâches d'IA complexes, telles que la perception de l'environnement, la compréhension sémantique et la planification des tâches, représente un bond qualitatif par rapport aux solutions traditionnelles. Elle offre ainsi une base informatique robuste permettant aux robots humanoïdes bipèdes de passer de la simple capacité à marcher à celle de penser et de prendre des décisions.
Cerveau multiple unifié et cerveau simple, latence de contrôle quasi nulle :L'architecture intégrée de calcul et de contrôle de la plateforme Jetson Thor élimine totalement la latence de communication des solutions traditionnelles à double système (gros cerveau + petit cerveau). Les commandes de mouvement pour la marche bipède peuvent boucler la boucle de la perception à l'exécution en quelques nanosecondes, améliorant considérablement la stabilité de la marche et la vitesse de réponse dynamique.
Perception panoramique sans angle mort :Les 8 interfaces de caméra GMSL2, combinées à la synchronisation temporelle GNSS, permettent une acquisition précise et un alignement temporel de plusieurs flux d'images HD, permettant à la capacité de perception à 360 degrés du robot de couvrir divers besoins de scénarios tels que la reconnaissance de terrains complexes, l'évitement dynamique d'obstacles et le suivi de cibles.
Communication à haut débit et contrôle en temps réel :Les deux ports 10 GbE assurent l'agrégation à haut débit des données vidéo HD et de perception, permettant une extraction rapide des données d'entraînement pour les modèles complexes et une optimisation continue des algorithmes d'IA. Les quatre ports GbE prennent en charge EtherCAT, permettant un contrôle en temps réel des moteurs d'articulation à la microseconde près.
Protection anti-vibrations intégrale pour les tâches à haute dynamique :De multiples mesures anti-vibrations, notamment des connecteurs GMSL à verrouillage, des ports réseau Mini I/O verrouillables et des positions de fixation par vis autour des interfaces USB, assurent un fonctionnement stable du contrôleur lors d'actions très dynamiques telles que la course, le saut et la danse, résolvant fondamentalement les problèmes persistants des solutions traditionnelles où les vibrations provoquent des interfaces lâches et des interruptions momentanées du signal.
Intégration multi-appareils sur une plateforme unique, simplifiant considérablement l'architecture système :Grâce à ses nombreuses interfaces (4 ports CAN FD, 2 ports RS232/485, 16 E/S GPIO et I2C/SPI/PPS), cette plateforme unique permet la connexion de servomoteurs, de capteurs de force, d'IMU, de LiDAR, de caméras HD et d'autres périphériques. Le déploiement complet du système ne nécessite aucun module d'extension supplémentaire, ce qui réduit considérablement la complexité d'intégration et le coût de la nomenclature.