Cos avances tecnolóxicos e a colaboración en toda a industria, o ano 2025 considérase amplamente o "Ano da Robótica". Toda a industria da robótica está a experimentar un crecemento explosivo, con diversos escenarios de aplicación que impulsan camiños tecnolóxicos diferenciados e demandas tanto de software como de hardware. En consecuencia, os requisitos e os métodos de implementación para o control de movemento en tempo real varían. Aproveitando un profundo coñecemento do sector da robótica, APQ desenvolveu solucións específicas de optimización do control en tempo real.
01
Rutas tecnolóxicas robóticas diverxentes e selección de plataformas de procesamento
Os robots humanoides bípedes presentan un deseño semellante ao humano que destaca pola súa adaptabilidade a terreos complexos e a operacións coordinadas de todo o corpo. Estes robots adoitan requirir de 38 a 70 eixes de control de movemento, o que significa requisitos en tempo real extremadamente altos e ciclos de control de ata 1000 Hz. APQ usa procesadores X86 de alto rendemento con axuste de software para satisfacer estas demandas en tempo real.
Pola contra, os robots con rodas ou de tipo básico adoptan un deseño de chasis máis lixeiro, o que ofrece maiores vantaxes no control de custos, a eficiencia do movemento e a duración da batería. Estes adoitan ter uns 30 graos de liberdade e unha menor demanda de computación en tempo real, pero son máis sensibles ao consumo de enerxía. Para esta categoría, APQ utiliza plataformas de baixo consumo e baixo custo como Intel® N97 ou J6412 para construír solucións completas. Isto equilibra a eficiencia enerxética e o custo, ao tempo que aproveita o rico ecosistema de desenvolvemento da plataforma X86 para cumprir cos estritos requisitos de rendemento, estabilidade, integración e compacidade en tempo real do sistema de control.
02
Estudo de caso de optimización do control en tempo real con EtherCAT de APQ
Antecedentes da aplicación
Os robots con rodas/base úsanse normalmente en control de traxectorias complexas, articulación multieixe, movemento guiado por visión e aplicacións similares. Os seus sistemas de control deben admitir:
-
Comunicación de bus de alta velocidade EtherCATpara o control servo sincronizado
-
Sistema operativo en tempo real duropara unha resposta inferior a milisegundos
-
Deseño industrial compactoaxeitado para cableado axustado ou espazo no armario
-
Portos expansiblesincluíndo varios portos serie e LAN para a integración de periféricos diversos
Un cliente, que estaba a desenvolver un robot multieixe, requiría compatibilidade con EtherCAT e un alto rendemento en tempo real. Non obstante, as probas coa plataforma N97 e os servocontroladores demostraron que o ciclo de comunicación EtherCAT non podía baixar dos 50 μs, o que creaba un colo de botella crítico para a produción en masa.
Enfoque de optimización en tempo real
Usando as plataformas N97 e J6412, APQ executou un axuste completo en tempo real a nivel de sistema. Exemplo de proceso para a plataforma N97:
1. Cambio do sistema operativo ao entorno Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + Linux Kernel 5.15
-
Parche en tempo real: Xenomai 3.2 (compatible con LinuxCNC)
-
Compatibilidade probada para as necesidades herdadas do cliente (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Pasos de axuste en tempo real:
a) Axuste da BIOS
b) Optimización de parámetros do núcleo en tempo real (ECI)
c) Axuste de parámetros da liña de comandos (ECI)
d) Personalización profunda a nivel de sistema operativo
e) Medicións de latencia/fluctuación
2. Fluxo de traballo estándar de probas en tempo real:
-
Ferramentas:Latencia, proba de reloxo, módulos de proba LinuxCNC
-
Obxectivos:
-
Latencia: Retardo máximo < 40 μs
-
Proba do reloxo: Deriva ≈ 0 (terceira columna próxima a cero no resultado)
-
-
Execución:Múltiples roldas de probas en lotes de hardware (incluíndo J6412 como comparación)
Resultado da proba:
No contorno Xenomai de Linux, o tempo do ciclo de control e a fluctuación melloraron significativamente. A latencia mantívose por debaixo dos 40 μs durante todo o proceso, mentres que a deriva da proba de reloxo se achegou a cero, cumprindo así as demandas da aplicación.
Resultados da aplicación no mundo real
Control de brazo robótico multieixe
Desafío:
A soldadura sincronizada de 8 eixes requiría unha sincronización a nivel de μs; as solucións tradicionais provocaban erros de deriva e traxectoria.
Optimización:
-
J6412 con Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x LAN Gigabit directo a servo EtherCAT
-
Núcleos de procesamento en tempo real dedicados de Isolcpus
Resultados:
-
Precisión de sincronización:Deriva da proba de reloxo ≤ 0,05 μs; Desviación máxima da traxectoria < 0,1 mm
-
Garantía en tempo real:Funcionamento continuo de 72 h, latencia máxima ≤ 38 μs
-
Redución de custos:Custo un 35 % máis baixo, consumo de enerxía un 60 % menor que a solución i5
Control de movemento de can robot cuadrúpedo
Desafío:
O equilibrio dinámico de 12 articulacións necesitaba retroalimentación a nivel de μs; a latencia do sistema herdado > 100 μs causaba inestabilidade
Optimización:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + parche ECI
-
A liña de comandos illou 2 núcleos de CPU para tarefas servo
Resultados:
-
Baixa latencia:Ciclo de control dentro de 500 μs, latencia ≤ 35 μs
-
Robustez:Na proba de recuperación a -20 °C, trepidación < ±8 μs
-
Expansibilidade:Sensor IMU a través de M.2; aforro de enerxía do 60 % en comparación coa solución baseada en i3
Opcións de despregamento
Para clientes tecnicamente capaces e centrados no rendemento en tempo real, APQ recomendaLinux + Xenomaidespregamento. Para os usuarios finais que prefiren a comodidade lista para usar, APQ tamén ofreceimaxes de sistema preinstaladas e optimizadascon documentación de depuración, reducindo as barreiras de despregamento.
A medida que os robots substitúen cada vez máis as tarefas manuais,sistemas de control en tempo real, estables e rendiblesconverterse en algo fundamental para o éxito. APQ está a satisfacer esta necesidade mediante solucións integradas de hardware e software e seguirá afondando no seu enfoque na computación perimetral robótica e no control de movemento, o que capacitará a máis clientes industriais con plataformas integradas estables, eficientes e facilmente integrables.
Se está interesado na nosa empresa e nos nosos produtos, non dubide en contactar co noso representante no estranxeiro, Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Data de publicación: 28 de xullo de 2025