アプリケーション事例研究：四足歩行ロボット向けAPQ TER30R-A2
生体模倣的な移動能力と複雑な地形への高い適応性を備えた四足歩行ロボットは、電力点検、公共安全パトロール、消防・救助活動、工業団地の監視など、様々な分野で急速に採用が進んでいる。しかし、実際の運用においては、その動作制御システムは多くの課題に直面する。コントローラは、高周波振動や急激な姿勢変化にも安定して対応し、12個以上の関節モーターを高精度で同期させ、限られた空間（わずか数ミリメートルのスペースでも重要となる）に高性能コンピューティング機能を組み込む必要がある。
複数回の製品評価と厳格な実地試験を経て、顧客は次世代四足歩行ロボットの中核となるモーションコントロールユニットとして、APQ TER30R-A2の組み込み型インテリジェンスモーションコントロール「小脳」コントローラーを選定した。
- ハードリアルタイムモーションコントロールの要件：走る、跳ぶ、旋回するといった動作には、厳格な制御サイクル要件が課せられます。1,000 Hzの制御周波数では、複数の関節間で正確かつスムーズな同期を確保するために、システムジッターは20 μs以下に抑える必要があります。
- マルチインターフェースデバイス統合: このシステムは、LiDAR、深度カメラ、IMU、12個以上の関節モーター、および複数のセンサーを同時に接続する必要があり、広範な産業用I/Oリソースを備えたコントローラーが求められます。
- 超小型スペースの制約：ロボットの胴体部と関節部内部の空間は極めて限られている。そのため、コントローラは超薄型でコンパクトな形状でありながら、必要な性能を発揮する必要があり、バッテリー、センサー、その他の機能モジュールのためのスペースをより多く確保しなければならない。
- 堅牢な耐振動・耐衝撃性：走行、跳躍、障害物通過時、ロボットは常に激しい振動と衝撃にさらされる。そのため、振動によるコネクタの緩みを防ぐには、基板レベルでの統合設計が必要となる。
- 軽量エッジAIコンピューティング：コントローラーには、地形認識、動的障害物回避、および同様のインテリジェント機能のための軽量アルゴリズムを実行するためのエッジAI推論機能も必要となる。
- 36軸同期による高精度モーションコントロール：TER30R-A2は、Rockchip RK3588オクタコア64ビットプロセッサと統合型6 TOPS NPUを搭載しています。最大36軸の同期制御に対応し、1,000Hzの制御周波数において、システムジッターは20μs以下に抑えられています。走行中の複数関節の協調動作、高速旋回、複雑な地形の横断など、あらゆる動作において、このコントローラは高精度かつスムーズなモーション制御を実現し、ダイナミックな四足歩行ロボットの動作に安定した信頼性の高い基盤を提供します。
- マルチデバイス統合のための豊富な入出力機能：TER30R-A2は、四足歩行ロボットシステム専用のI/Oアーキテクチャを採用しており、関節駆動装置、知覚装置、産業用ネットワーク、アクチュエータインターフェースを単一のコントローラに統合しています。
・CAN FDポート×4：12個以上のジョイントモーターとその駆動システムに直接接続し、高精度な多軸同期制御を実現します。
・ギガビットイーサネットポート×3：決定論的でリアルタイムな産業用イーサネット通信のためのEtherCATをサポート。
・1 × 2.5GbEポート + 1 × GbEポート：2.5GbEポートは知覚コントローラとの高速相互接続を提供し、GbEポートはLiDAR点群データの入力をサポートします。
・8 × USBインターフェース（3 × USB 5Gbps Type-C、1 × USB 2.0 Type-C、および4 × 内部USB 2.0ヘッダー）：LiDAR、深度カメラ、試運転ツール、その他の周辺機器の同時接続をサポートします。
・切り替え可能なRS-232/RS-485シリアルポート×4：IMU、超音波センサー、その他の周辺機器との信頼性の高い接続。
・8 × GPIO + 2 × PWMチャンネル：照明制御、アラーム出力、その他のアクチュエータインターフェースのための柔軟な拡張。
・HDMI出力×1＋オーディオインターフェース×1：ローカルでの試運転やステータス表示に便利です。 - 柔軟な統合を実現する超小型設計：コントローラーのサイズはわずか118.2mm×128.5mm×35mmと非常にコンパクトで、厚さはコインの直径とほぼ同じです。フルアルミニウム製の筐体はブラケット取り付けに対応し、ロボットの胴体や関節部に容易に組み込むことができるため、バッテリー、センサー、その他のモジュールのための貴重なスペースを確保できます。内蔵ストレージとメモリ設計により、振動によるコネクタの緩みリスクを排除し、ダイナミックな走行や複雑な地形でのミッションにおいても安定した動作を保証します。
- 多様な展開に対応するワイヤレス拡張機能：このコントローラは、4G/5Gモジュール用のM.2 Key-Bスロット（USB 5Gbps、3042/3052フォームファクタ、Nano-SIMスロット付き）と、Wi-Fi/Bluetoothモジュール用のM.2 Key-Eスロット（PCIe 2.0 ×1 + USB 2.0）を備えています。遠隔地の変電所や都市部の工業団地の巡回など、どのような用途でも、クラウドプラットフォームや指令センターへのリアルタイム接続を実現します。
- 高負荷かつ動的な動作に対応する産業グレードの信頼性：TER30R-A2は、振動や衝撃の大きい移動ロボット環境向けに設計されており、広い動作温度範囲、広い電圧入力、および便利な現場メンテナンス機能を備えています。
・動作温度：-10℃～50℃、保管温度：-40℃～80℃。
・3Gランダム振動試験および30G衝撃試験により、走行、ジャンプ、障害物通過時の信頼性の高い動作が検証済み。
・12～28VDCの広範囲入力に対応し、電圧定格の異なるロボット用バッテリーシステムをサポートします。
・前面パネルには、電源スイッチ、システム復旧ボタン、システムリセットボタン、およびステータスインジケーターが統合されており、現場での効率的な試運転とメンテナンスを可能にします。
- 正確でスムーズな動作制御：20μs以下のシステムジッターを持つ1,000Hzの制御ループにより、36軸の同期制御が可能となり、関節モーターを正確に駆動することで、複雑な地形でも安定した姿勢を維持しながら、自然な走行、ジャンプ、旋回を実現します。
- オールインワンのマルチデバイス統合：CAN FDポート×4、EtherCAT対応イーサネットポート×3、USBポート×8、シリアルポート×4により、追加の拡張モジュールなしでジョイントモーター、LiDAR、深度カメラ、IMUなどのデバイスを直接統合でき、システムアーキテクチャを大幅に簡素化できます。.
- コンパクトな配置により、貴重なスペースを有効活用できます。118.2 mm × 128.5 mm × 35 mmという超小型サイズは、ロボットの胴体内部に容易に収まり、バッテリー、センサー、その他の機能モジュールのためのスペースをより多く確保できる。
- 高強度運動下でも安定性と信頼性を維持：基板レベルでの統合設計により、振動による接続リスクを最小限に抑えるとともに、3Gの振動と30Gの衝撃に対する検証により、走行、ジャンプ、障害物通過時における信頼性の高い動作を保証します。
- 軽量エッジAIコンピューティング：統合された6 TOPSのNPUは、地形認識、動的な障害物回避、および同様の機能のための軽量エッジAI推論をサポートし、四足歩行ロボットが自律的な移動から自律的な意思決定へと進化するためのコンピューティング基盤を提供する。
