A technológiai áttöréseknek és az iparági szintű együttműködésnek köszönhetően 2025-öt széles körben a „Robotika Évének” tekintik. A teljes robotikai iparág robbanásszerű növekedést mutat, a változatos alkalmazási forgatókönyvek eltérő technológiai utakat és igényeket támasztanak mind a szoftver, mind a hardver iránt. Következésképpen a valós idejű mozgásvezérlés követelményei és megvalósítási módszerei eltérőek. A robotikai szektor mélyreható ismeretére építve az APQ célzott valós idejű vezérlésoptimalizálási megoldásokat fejlesztett ki.
01
Eltérő robottechnológiai útvonalak és feldolgozó platform kiválasztása
A kétlábú humanoid robotok emberszerű kialakítással rendelkeznek, amely kiválóan alkalmazkodik az összetett terepviszonyokhoz és az egész testet koordináló műveletekhez. Ezek a robotok jellemzően 38-70 tengelyes mozgásvezérlést igényelnek, ami rendkívül magas valós idejű követelményeket és akár 1000 Hz-es vezérlési ciklusokat jelent. Az APQ nagy teljesítményű X86 processzorokat használ szoftveres hangolással, hogy megfeleljen ezeknek a valós idejű igényeknek.
Ezzel szemben a kerekes vagy alaptípusú robotok könnyebb vázkialakítást alkalmaznak, ami nagyobb előnyöket kínál a költségkontroll, a mozgáshatékonyság és az akkumulátor-üzemidő terén. Ezek jellemzően körülbelül 30 szabadságfokkal rendelkeznek, és alacsonyabb a valós idejű számítástechnikai igényük, de érzékenyebbek az energiafogyasztásra. Ebben a kategóriában az APQ alacsony fogyasztású, olcsó platformokat, például Intel® N97-et vagy J6412-t használ komplett megoldások építéséhez. Ez egyensúlyt teremt az energiahatékonyság és a költségek között, miközben kihasználja az X86 platform gazdag fejlesztési ökoszisztémáját a vezérlőrendszer valós idejű teljesítményére, stabilitására, integrációjára és kompaktságára vonatkozó szigorú követelmények teljesítése érdekében.
02
Az APQ EtherCAT valós idejű vezérlésoptimalizálási esettanulmánya
Alkalmazás háttere
A kerekes/talpas robotokat jellemzően komplex pályavezérlésben, többtengelyes összekapcsolásban, látásvezérelt mozgásban és hasonló alkalmazásokban használják. Vezérlőrendszereiknek támogatniuk kell a következőket:
-
EtherCAT nagysebességű buszkommunikációszinkronizált szervo vezérléshez
-
Kemény valós idejű operációs rendszerezredmásodperc alatti válaszidő esetén
-
Kompakt ipari kialakításalkalmas szűk vezetékezéshez vagy szekrényhelyhez
-
Bővíthető portoktöbb soros és LAN porttal a különféle perifériás integráció érdekében
Az egyik ügyfél, aki egy többtengelyes robotot fejlesztett, EtherCAT-támogatásra és nagy valós idejű teljesítményre volt szüksége. Az N97 platformmal és szervovezérlőkkel végzett tesztelés azonban azt mutatta, hogy az EtherCAT kommunikációs ciklus nem éri el az 50 μs-ot, ami kritikus szűk keresztmetszetet teremt a tömeggyártás számára.
Valós idejű optimalizálási megközelítés
Az N97 és J6412 platformok használatával az APQ teljes rendszerszintű valós idejű hangolást hajtott végre. Példafolyamat az N97 platformra:
1. OS váltás Linux Xenomai környezetre:
-
Ubuntu 20.04 + Linux Kernel 5.15
-
Valós idejű javítás: Xenomai 3.2 (LinuxCNC-vel kompatibilis)
-
Kompatibilitás tesztelve az ügyfél korábbi igényeihez igazítva (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Valós idejű hangolási lépések:
a) BIOS finomhangolás
b) Valós idejű kernelparaméter-optimalizálás (ECI)
c) Parancssor paraméter hangolása (ECI)
d) Mélyreható operációs rendszer szintű testreszabás
e) Késleltetés/Jitter mérések
2. Standard valós idejű tesztelési munkafolyamat:
-
Eszközök:Késleltetés, Órateszt, LinuxCNC tesztmodulok
-
Célok:
-
Késleltetés: Max. késleltetés < 40 μs
-
Órateszt: Drift ≈ 0 (a 3. oszlop közel nullához az eredményben)
-
-
Végrehajtás:Többszörös tesztelési körök a hardvertételek között (beleértve a J6412-t összehasonlításként)
Teszt eredménye:
Linux Xenomai környezetben a vezérlési ciklusidő és a jitter jelentősen javult. A késleltetés végig 40 μs alatt maradt, míg az órajeltesztelési drift megközelítette a nullát – megfelelve az alkalmazás igényeinek.
Valós alkalmazási eredmények
Többtengelyes robotkar-vezérlés
Kihívás:
A 8 tengelyes szinkronizált hegesztés μs-szintű szinkronizációt igényelt; a hagyományos megoldások eltolódást és pályahibákat okoztak.
Optimalizálás:
-
J6412 Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2 rendszerrel
-
4x Gigabit LAN közvetlenül az EtherCAT szervomotorhoz
-
Isolcpus dedikált valós idejű feldolgozómagok
Eredmények:
-
Szinkronizálási pontosság:Órajel-tesztelési drift ≤ 0,05 μs; Max. pályaeltérés < 0,1 mm
-
Valós idejű biztosítás:72 órás folyamatos működés, csúcskésleltetés ≤ 38 μs
-
Költségcsökkentés:35%-kal alacsonyabb költség, 60%-kal kevesebb energiafogyasztás, mint az i5 megoldás
Négyszeres robotkutya mozgásvezérlés
Kihívás:
A 12 ízületes dinamikus kiegyensúlyozás μs-szintű visszacsatolást igényelt; a hagyományos rendszerek 100 μs-nál nagyobb késleltetése instabilitást okozott.
Optimalizálás:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI javítás
-
Parancssorral elkülönített 2 CPU mag szervo feladatokhoz
Eredmények:
-
Alacsony késleltetés:Vezérlési ciklus 500 μs-on belül, késleltetés ≤ 35 μs
-
Robusztusság:-20°C-os visszanyerési teszt során a jitter < ±8μs
-
Bővíthetőség:IMU érzékelő M.2-n keresztül; 60%-os energiamegtakarítás az i3-alapú megoldáshoz képest
Telepítési lehetőségek
A valós idejű teljesítményre összpontosító, technikailag képzett ügyfelek számára az APQ a következőket ajánlja:Linux + Xenomaitelepítés. Azoknak a végfelhasználóknak, akik a kényelmet részesítik előnyben, az APQ a következőt is kínálja:előre telepített és optimalizált rendszerképekhibakeresési dokumentációval – a telepítési akadályok csökkentése.
Ahogy a robotok egyre inkább átveszik a kézi feladatok helyét,valós idejű, stabil és költséghatékony vezérlőrendszerekkritikus fontosságúvá válik a siker szempontjából. Az APQ integrált hardver-szoftver megoldásokkal elégíti ki ezt az igényt, és továbbra is elmélyíti a robotizált peremhálózati számítástechnikára és mozgásvezérlésre való összpontosítását, stabil, hatékony és könnyen integrálható beágyazott platformokkal ruházva fel több ipari ügyfelet.
Ha érdeklődik cégünk és termékeink iránt, forduljon bizalommal külföldi képviselőnkhöz, Robinhoz.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Közzététel ideje: 2025. július 28.