Soluzione

Caso di studio applicativo: APQ TER30R-A2 per un robot quadrupede

Caso di studio applicativo: APQ TER30R-A2 per un robot quadrupede

Caso di studio applicativo: APQ TER30R-A2 per un robot quadrupede

Grazie alla locomozione biomimetica e alla forte capacità di adattamento a terreni complessi, i robot quadrupedi vengono rapidamente adottati per l'ispezione di centrali elettriche, pattuglie di pubblica sicurezza, operazioni antincendio e di soccorso, e sorveglianza di zone industriali. Tuttavia, nelle applicazioni reali, i loro sistemi di controllo del movimento si trovano ad affrontare molteplici sfide. Il controller deve rimanere stabile in presenza di vibrazioni ad alta frequenza e bruschi cambiamenti di postura, sincronizzare con elevata precisione oltre 12 motori articolari e integrare un sistema di calcolo ad alte prestazioni in una cavità corporea estremamente ristretta, dove ogni millimetro di spazio conta.

Dopo diverse fasi di valutazione del prodotto e rigorosi test sul campo, il cliente ha scelto il controller di controllo del movimento a intelligenza artificiale "cervelletto" APQ TER30R-A2 come unità di controllo del movimento principale per il suo robot quadrupede di nuova generazione.

Sfida del cliente

  • Requisiti rigorosi per il controllo del movimento in tempo reale:Corsa, salto e rotazione impongono severi requisiti di ciclo di controllo. Con una frequenza di controllo di 1.000 Hz, il jitter del sistema deve rimanere inferiore a 20 μs per garantire una sincronizzazione precisa e fluida tra le diverse articolazioni.
  • Integrazione di dispositivi multi-interfacciaIl sistema deve connettere simultaneamente LiDAR, telecamere di profondità, un'IMU, più di 12 motori articolari e molteplici sensori, richiedendo un controller con ampie risorse di I/O industriali.
  • Vincoli di spazio ultracompatti:Lo spazio all'interno del torso del robot e dei compartimenti articolari è estremamente limitato. Il controller deve garantire le prestazioni richieste in un formato ultrasottile e compatto, lasciando più spazio per batterie, sensori e altri moduli funzionali.
  • Elevata resistenza a vibrazioni e urti:Durante la corsa, il salto e il superamento degli ostacoli, il robot è continuamente esposto a forti vibrazioni e urti. È quindi necessario un design integrato a livello di scheda per evitare che i connettori si allentino a causa delle vibrazioni.
  • Calcolo AI leggero ai margini della rete:Il controller richiede inoltre capacità di inferenza AI edge per eseguire algoritmi leggeri per il riconoscimento del terreno, l'evitamento dinamico degli ostacoli e funzioni intelligenti simili.
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Soluzione APQ

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  • Controllo del movimento di precisione con sincronizzazione a 36 assi:Il TER30R-A2 è alimentato da un processore octa-core a 64 bit Rockchip RK3588 con NPU integrata da 6 TOPS. Supporta il controllo sincronizzato di un massimo di 36 assi. Con una frequenza di controllo di 1.000 Hz, il jitter del sistema rimane inferiore a 20 μs. Che si tratti di coordinare più articolazioni durante la corsa, eseguire virate rapide o attraversare terreni complessi, il controller offre un controllo del movimento preciso e fluido, fornendo una base stabile e affidabile per operazioni dinamiche del robot quadrupede.
  • Ampia gamma di I/O per l'integrazione di più dispositivi:Il TER30R-A2 è dotato di un'architettura I/O appositamente progettata per sistemi robotici quadrupedi, che integra azionamenti articolari, dispositivi di percezione, reti industriali e interfacce per attuatori in un unico controller.
    · 4 porte CAN FD: Connessione diretta a più di 12 motori di giunto e ai relativi sistemi di azionamento per un controllo sincronizzato multiasse ad alta precisione.
    · 3 porte Gigabit Ethernet: supporto EtherCAT per comunicazioni Ethernet industriali deterministiche e in tempo reale.
    · 1 porta 2.5GbE + 1 porta GbE: la porta 2.5GbE fornisce un'interconnessione ad alta velocità con il controller di percezione, mentre la porta GbE supporta l'ingresso di dati di nuvole di punti LiDAR.
    · 8 interfacce USB (3 USB 5 Gbps Type-C, 1 USB 2.0 Type-C e 4 connettori USB 2.0 interni): supportano la connessione simultanea di LiDAR, telecamere di profondità, strumenti di messa in servizio e altre periferiche.
    · 4 porte seriali commutabili RS-232/RS-485: connettività affidabile per IMU, sensori a ultrasuoni e altre periferiche.
    · 8 canali GPIO + 2 canali PWM: espansione flessibile per il controllo dell'illuminazione, uscite di allarme e altre interfacce per attuatori.
    · 1 uscita HDMI + 1 interfaccia audio: comoda per la messa in servizio locale e la visualizzazione dello stato.
  • Design ultracompatto per un'integrazione flessibile:Con dimensioni di soli 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm, il controller è eccezionalmente compatto, con uno spessore pari circa al diametro di una moneta. Il suo involucro interamente in alluminio supporta il montaggio a staffa e può essere facilmente integrato nel torso del robot o nei compartimenti delle articolazioni, preservando spazio prezioso per batterie, sensori e altri moduli. Il design integrato di memoria e archiviazione a bordo elimina il rischio di allentamento dei connettori causato dalle vibrazioni, garantendo un funzionamento stabile durante la corsa dinamica e le missioni su terreni complessi.
  • Espansione wireless per diverse implementazioni:Il controller offre uno slot M.2 Key-B (USB 5 Gbps, fattori di forma 3042/3052, con uno slot Nano-SIM) per moduli 4G/5G, nonché uno slot M.2 Key-E (PCIe 2.0 ×1 + USB 2.0) per moduli Wi-Fi/Bluetooth. Che sia installato in sottostazioni remote o per pattuglie in aree industriali urbane, consente la connettività in tempo reale con piattaforme cloud e centri di comando.
  • Affidabilità di livello industriale per operazioni dinamiche ad alta intensità:Il TER30R-A2 è progettato per ambienti con robot mobili caratterizzati da forti vibrazioni e urti, offrendo al contempo un ampio intervallo di temperature di funzionamento, un ampio intervallo di tensione di alimentazione e una comoda manutenzione in loco.
    • Temperatura di esercizio: da -10 °C a 50 °C; temperatura di stoccaggio: da -40 °C a 80 °C.
    • Validato tramite test di vibrazione casuale a 3G e di urto a 30G per un funzionamento affidabile durante la corsa, il salto e il superamento di ostacoli.
    · L'ingresso ad ampio intervallo da 12 a 28 V CC supporta sistemi di batterie per robot con diversi valori di tensione.
    · Il pannello frontale integra un interruttore di alimentazione, un pulsante di ripristino del sistema, un pulsante di reset del sistema e indicatori di stato per una messa in servizio e una manutenzione efficienti in loco.

Risultati in termini di valore:

  • Controllo del movimento preciso e fluido:Un circuito di controllo a 1.000 Hz con jitter di sistema inferiore a 20 μs consente un controllo sincronizzato a 36 assi, azionando con precisione i motori delle articolazioni per una corsa, un salto e una sterzata naturali, mantenendo al contempo una postura stabile su terreni complessi.
  • Integrazione multi-dispositivo tutto in uno:4 porte CAN FD, 3 porte Ethernet compatibili con EtherCAT, 8 porte USB e 4 porte seriali consentono l'integrazione diretta di motori per giunti, LiDAR, telecamere di profondità, IMU e altri dispositivi senza moduli di espansione aggiuntivi, semplificando notevolmente l'architettura del sistema..
  • L'installazione compatta consente di liberare spazio prezioso:Le dimensioni ultracompatte di 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm si adattano facilmente all'interno del torso del robot, lasciando più spazio per batterie, sensori e altri moduli funzionali.
  • Stabile e affidabile anche in condizioni di movimento intense:Il design integrato a livello di scheda riduce al minimo i rischi di connessione legati alle vibrazioni, mentre la validazione a 3G di vibrazione e 30G di urto garantisce un funzionamento affidabile durante la corsa, il salto e il superamento degli ostacoli.
  • Calcolo leggero dell'intelligenza artificiale in periferia:La NPU integrata da 6 TOPS supporta l'inferenza AI edge leggera per il riconoscimento del terreno, l'evitamento dinamico degli ostacoli e funzioni simili, fornendo le basi computazionali per l'evoluzione dei robot quadrupedi dalla locomozione autonoma al processo decisionale autonomo.
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