기술적 혁신과 업계 전반의 협력으로 2025년은 '로봇의 해'로 널리 인식되고 있습니다. 로봇 산업 전체가 폭발적인 성장을 경험하고 있으며, 다양한 응용 시나리오가 차별화된 기술 개발 방향과 소프트웨어 및 하드웨어에 대한 수요를 창출하고 있습니다. 결과적으로 실시간 모션 제어에 대한 요구 사항과 구현 방식 또한 다양합니다. APQ는 로봇 산업에 대한 깊이 있는 이해를 바탕으로 이러한 요구에 맞춘 실시간 제어 최적화 솔루션을 개발했습니다.
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로봇 기술의 다양한 발전 방향 및 처리 플랫폼 선택
이족 보행 휴머노이드 로봇은 복잡한 지형에 대한 뛰어난 적응력과 전신 협응 동작 능력을 갖춘 인간과 유사한 디자인을 특징으로 합니다. 이러한 로봇은 일반적으로 38~70축 모션 제어가 필요하며, 이는 매우 높은 실시간 요구 사항과 최대 1000Hz의 제어 주기를 의미합니다. APQ는 이러한 실시간 요구 사항을 충족하기 위해 고성능 X86 프로세서와 소프트웨어 튜닝을 사용합니다.
반면, 바퀴형 또는 베이스형 로봇은 보다 가벼운 섀시 설계를 채택하여 비용 절감, 동작 효율성 및 배터리 수명 측면에서 더 큰 이점을 제공합니다. 이러한 로봇은 일반적으로 약 30개의 자유도를 가지며 실시간 컴퓨팅에 대한 요구 사항은 낮지만 전력 소비에 더 민감합니다. APQ는 이러한 범주의 로봇을 위해 Intel® N97 또는 J6412와 같은 저전력, 저비용 플랫폼을 활용하여 완벽한 솔루션을 구축합니다. 이를 통해 전력 효율성과 비용의 균형을 맞추는 동시에 X86 플랫폼의 풍부한 개발 생태계를 활용하여 제어 시스템의 실시간 성능, 안정성, 통합 및 소형화에 대한 엄격한 요구 사항을 충족합니다.
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APQ의 EtherCAT 실시간 제어 최적화 사례 연구
애플리케이션 배경
바퀴형/받침대형 로봇은 일반적으로 복잡한 궤적 제어, 다축 링크, 비전 유도 모션 및 유사한 응용 분야에 사용됩니다. 이러한 로봇의 제어 시스템은 다음을 지원해야 합니다.
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EtherCAT 고속 버스 통신동기식 서보 제어용
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하드 실시간 OS밀리초 미만의 응답을 위해
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컴팩트한 산업 디자인배선이나 캐비닛 공간이 협소한 경우에 적합합니다.
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확장 가능한 포트다양한 주변 장치 통합을 위한 다수의 직렬 및 LAN 포트 포함
다축 로봇을 개발 중인 한 고객은 EtherCAT 지원과 높은 실시간 성능을 요구했습니다. 그러나 N97 플랫폼과 서보 드라이버를 사용한 테스트 결과, EtherCAT 통신 주기가 50μs 미만으로 떨어지지 않아 대량 생산에 심각한 병목 현상이 발생하는 것으로 나타났습니다.
실시간 최적화 접근법
APQ는 N97 및 J6412 플랫폼을 사용하여 시스템 수준의 실시간 튜닝을 완벽하게 수행했습니다. N97 플랫폼의 예시 프로세스는 다음과 같습니다.
1. Linux Xenomai 환경으로 OS 전환:
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우분투 20.04 + 리눅스 커널 5.15
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실시간 패치: Xenomai 3.2 (LinuxCNC와 호환)
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클라이언트의 기존 시스템 요구 사항(커널 4.19 + Xenomai 3.1)에 대한 호환성 테스트를 완료했습니다.
실시간 튜닝 단계:
a) BIOS 튜닝
b) 실시간 커널 파라미터 최적화(ECI)
c) 명령줄 파라미터 튜닝(ECI)
d) 심층적인 OS 수준 맞춤 설정
e) 지연 시간/지터 측정
2. 표준 실시간 테스트 워크플로우:
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도구:지연 시간, 클럭 테스트, LinuxCNC 테스트 모듈
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목표:
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지연 시간: 최대 지연 시간 < 40μs
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클럭 테스트: 드리프트 ≈ 0 (결과의 세 번째 열이 0에 가까움)
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실행:다양한 하드웨어 배치에 걸쳐 여러 차례 테스트를 진행했습니다 (비교 대상으로 J6412 포함).
테스트 결과:
Linux Xenomai 환경에서 제어 주기 시간과 지터가 크게 개선되었습니다. 지연 시간은 전 구간에서 40μs 미만으로 유지되었으며, 클럭 테스트 드리프트는 거의 0에 가까워 애플리케이션 요구 사항을 충족했습니다.
실제 적용 결과
다축 로봇 팔 제어
도전:
8축 동기 용접에는 마이크로초(μs) 수준의 동기화가 필요했지만, 기존 솔루션은 드리프트 및 궤적 오류를 유발했습니다.
최적화:
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J6412, Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
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4개의 기가비트 LAN을 EtherCAT 서보에 직접 연결
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Isolcpus 전용 실시간 처리 코어
결과:
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동기화 정밀도:클록 테스트 드리프트 ≤ 0.05μs; 최대 궤적 편차 < 0.1mm
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실시간 보증:72시간 연속 작동, 최대 지연 시간 ≤ 38μs
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비용 절감:i5 솔루션보다 비용이 35% 저렴하고 전력 소모는 60% 적습니다.
네발 로봇 개 동작 제어
도전:
12개 관절 동적 균형 조정에는 마이크로초(μs) 수준의 피드백이 필요했습니다. 기존 시스템의 지연 시간(> 100μs)은 불안정성을 초래했습니다.
최적화:
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N97 + 제노마이 3.2
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PREEMPT_RT + ECI 패치
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명령줄에서 서보 작업을 위해 2개의 CPU 코어를 분리합니다.
결과:
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낮은 지연 시간:제어 주기 500μs 이내, 지연 시간 ≤ 35μs
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견고성:-20°C 복구 테스트에서 지터는 ±8μs 미만입니다.
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확장성:M.2를 통한 IMU 센서; i3 기반 솔루션 대비 60% 전력 절감
배포 옵션
실시간 성능에 중점을 두는 기술적으로 뛰어난 고객에게 APQ는 다음과 같은 사항을 권장합니다.리눅스 + 제노마이배포. 즉시 사용 가능한 편의성을 선호하는 최종 사용자를 위해 APQ는 다음과 같은 기능도 제공합니다.사전 설치 및 최적화된 시스템 이미지디버깅 문서화를 통해 배포 장벽을 낮춥니다.
로봇이 점차 수작업을 대체함에 따라,실시간, 안정적이고 비용 효율적인 제어 시스템성공에 필수적인 요소가 되었습니다. APQ는 통합 하드웨어-소프트웨어 솔루션을 통해 이러한 요구를 충족하고 있으며, 로봇 엣지 컴퓨팅 및 모션 제어에 대한 집중도를 더욱 높여 안정적이고 효율적이며 손쉽게 통합할 수 있는 임베디드 플랫폼을 더 많은 산업 고객에게 제공할 것입니다.
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게시 시간: 2025년 7월 28일