עם פריצות דרך טכנולוגיות ושיתוף פעולה כלל-תעשייתי, שנת 2025 נתפסת באופן נרחב כ"שנת הרובוטיקה". תעשיית הרובוטיקה כולה חווה צמיחה מתפרצת, עם תרחישי יישומים מגוונים המניעים נתיבים טכנולוגיים שונים ודרישות הן לתוכנה והן לחומרה. כתוצאה מכך, הדרישות ושיטות היישום לבקרת תנועה בזמן אמת משתנות. APQ, הממנפת הבנה מעמיקה של מגזר הרובוטיקה, פיתחה פתרונות אופטימיזציה ממוקדים לבקרה בזמן אמת.
01
מסלולי טכנולוגיה רובוטית שונים ובחירת פלטפורמת עיבוד
רובוטים דמויי אדם דו-רגליים מתאפיינים בעיצוב דמוי אדם המצטיין ביכולת הסתגלות לשטח מורכב ובפעולות מתואמות של כל הגוף. רובוטים אלה דורשים בדרך כלל 38 עד 70 צירים של בקרת תנועה, מה שאומר דרישות גבוהות במיוחד בזמן אמת ומחזורי בקרה של עד 1000 הרץ. APQ משתמש במעבדי X86 בעלי ביצועים גבוהים עם כוונון תוכנה כדי לעמוד בדרישות בזמן אמת אלו.
לעומת זאת, רובוטים בעלי גלגלים או בסיס מאמצים עיצוב שלדה קל יותר, המציע יתרונות גדולים יותר בבקרת עלויות, יעילות תנועה וחיי סוללה. לרובוטים אלה יש בדרך כלל כ-30 דרגות חופש וביקוש נמוך יותר לחישוב בזמן אמת, אך הם רגישים יותר לצריכת חשמל. עבור קטגוריה זו, APQ משתמשת בפלטפורמות בעלות צריכת חשמל נמוכה ועלות נמוכה כמו Intel® N97 או J6412 כדי לבנות פתרונות שלמים. זה מאזן בין יעילות צריכת חשמל ועלות תוך מינוף המערכת האקולוגית העשירה של פלטפורמת X86 כדי לעמוד בדרישות המחמירות לביצועים בזמן אמת, יציבות, אינטגרציה וקומפקטיות של מערכת בקרה.
02
מקרה בוחן אופטימיזציית בקרה בזמן אמת של EtherCAT של APQ
רקע האפליקציה
רובוטים בעלי גלגלים/בסיס משמשים בדרך כלל בבקרת מסלול מורכבת, קישור רב-צירי, תנועה מונחית ראייה ויישומים דומים. מערכות הבקרה שלהם חייבות לתמוך ב:
-
תקשורת אפיק במהירות גבוהה של EtherCATעבור בקרת סרוו מסונכרנת
-
מערכת הפעלה בזמן אמת קשהלתגובה של פחות ממילישנייה
-
עיצוב תעשייתי קומפקטימתאים לחיווט צפוף או לחלל ארונות
-
יציאות הניתנות להרחבהכולל מספר יציאות טוריות ו-LAN לשילוב מגוון רחב של ציוד היקפי
לקוח אחד, שפיתח רובוט רב-צירי, נזקק לתמיכה ב-EtherCAT ולביצועים גבוהים בזמן אמת. עם זאת, בדיקות עם פלטפורמת N97 ודרייברים של סרוו הראו שמחזור התקשורת של EtherCAT לא יכול היה להגיע מתחת ל-50 מיקרו-שניות, מה שיצר צוואר בקבוק קריטי לייצור המוני.
גישת אופטימיזציה בזמן אמת
באמצעות פלטפורמות N97 ו-J6412, APQ ביצעה כוונון מלא בזמן אמת ברמת המערכת. תהליך לדוגמה עבור פלטפורמת N97:
1. עבור מערכת ההפעלה לסביבת Linux Xenomai:
-
אובונטו 20.04 + ליבת לינוקס 5.15
-
תיקון בזמן אמת: Xenomai 3.2 (תואם ל-LinuxCNC)
-
נבדקה תאימות עבור צרכי הלקוח מדור קודם (ליבה 4.19 + Xenomai 3.1)
שלבי כוונון בזמן אמת:
א) כוונון BIOS
ב) אופטימיזציה של פרמטרים של ליבה בזמן אמת (ECI)
ג) כוונון פרמטרים של Cmdline (ECI)
ד) התאמה אישית עמוקה ברמת מערכת ההפעלה
ה) מדידות השהייה/ריצוד
2. תהליך עבודה סטנדרטי של בדיקות בזמן אמת:
-
כְּלֵי עֲבוֹדָה:מודולי בדיקה של Latency, Clocktest, LinuxCNC
-
מטרות:
-
השהיה: השהיה מקסימלית < 40μs
-
בדיקת שעון: סחיפה ≈ 0 (עמודה שלישית קרובה לאפס בתוצאה)
-
-
הוֹצָאָה לְפוֹעַל:סבבי בדיקות מרובים על פני אצוות חומרה (כולל J6412 כהשוואה)
תוצאת הבדיקה:
תחת סביבת Xenomai של לינוקס, זמן מחזור הבקרה והג'יטר השתפרו משמעותית. ההשהיה נותרה מתחת ל-40 מיקרו-שניות לכל אורך הדרך, בעוד שסחף בדיקת השעון התקרב לאפס - ועמד בכך בדרישות האפליקציה.
תוצאות יישומים בעולם האמיתי
בקרת זרוע רובוטית רב-צירית
אֶתגָר:
ריתוך מסונכרן ב-8 צירים דרש סנכרון ברמת מיקרו-שנייה; פתרונות מסורתיים גרמו לשגיאות סחיפה ומסלול.
אופטימיזציה:
-
J6412 עם אובונטו 20.04 + קסנומאי 3.2
-
4x Gigabit LAN ישירות לסרוו EtherCAT
-
ליבות עיבוד בזמן אמת ייעודיות של Isolcpus
תוצאות:
-
דיוק סנכרון:סחיפה בבדיקת שעון ≤ 0.05 מיקרושנייה; סטיית מסלול מקסימלית < 0.1 מ"מ
-
אבטחת זמן אמת:72 שעות פעולה רציפה, זמן השהייה שיא ≤ 38μs
-
הפחתת עלויות:עלות נמוכה ב-35%, צריכת חשמל נמוכה ב-60% בהשוואה לפתרון i5
בקרת תנועה של כלב רובוטי מרובע
אֶתגָר:
איזון דינמי של 12 מפרקים דרש משוב ברמת מיקרו-שניות; השהיית מערכת מדור קודם > 100 מיקרו-שניות גרמה לחוסר יציבות
אופטימיזציה:
-
N97 + קסנומאי 3.2
-
תיקון PREEMPT_RT + ECI
-
Cmdline בודד 2 ליבות מעבד עבור משימות סרוו
תוצאות:
-
השהייה נמוכה:מחזור בקרה בתוך 500μs, השהייה ≤ 35μs
-
חוסן:בבדיקת התאוששות של -20°C, ריצוד < ±8μs
-
יכולת הרחבה:חיישן IMU דרך M.2; חיסכון של 60% באנרגיה לעומת פתרון מבוסס i3
אפשרויות פריסה
עבור לקוחות בעלי יכולת טכנית המתמקדים בביצועים בזמן אמת, APQ ממליצהלינוקס + קסנומאיפריסה. עבור משתמשי קצה המעדיפים נוחות ישירה מהאריזה, APQ מציעה גםתמונות מערכת מותקנות מראש וממוטבותעם תיעוד ניפוי שגיאות - הורדת חסמי פריסה.
ככל שרובוטים מחליפים יותר ויותר משימות ידניות,מערכות בקרה בזמן אמת, יציבות וחסכוניותהופכות להיות קריטיות להצלחה. APQ עונה על צורך זה באמצעות פתרונות משולבים של חומרה ותוכנה ותמשיך להעמיק את המיקוד שלה במחשוב קצה רובוטי ובקרת תנועה - ותעצים יותר לקוחות תעשייתיים עם פלטפורמות משובצות יציבות, יעילות וקלות לשילוב.
אם אתם מעוניינים בחברה ובמוצרים שלנו, אל תהססו לפנות לנציג שלנו בחו"ל, רובין.
Email: yang.chen@apuqi.com
וואטסאפ: 86+18351628738
זמן פרסום: 28 ביולי 2025