Dėl technologinių proveržių ir bendradarbiavimo visoje pramonėje 2025-ieji plačiai vadinami „Robotikos metais“. Visa robotikos pramonė išgyvena sprogstamąjį augimą, o įvairūs taikymo scenarijai skatina skirtingus technologinius kelius ir reikalauja tiek programinės, tiek aparatinės įrangos. Todėl realaus laiko judesio valdymo reikalavimai ir įgyvendinimo metodai skiriasi. Remdamasi giliu robotikos sektoriaus supratimu, „APQ“ sukūrė tikslinius realaus laiko valdymo optimizavimo sprendimus.
01
Skirtingi robotų technologijų maršrutai ir apdorojimo platformos pasirinkimas
Dvikojai humanoidiniai robotai pasižymi žmogaus tipo konstrukcija, kuri puikiai prisitaiko prie sudėtingo reljefo ir apima viso kūno koordinuotas operacijas. Šiems robotams paprastai reikia 38–70 judesio valdymo ašių, o tai reiškia itin aukštus realaus laiko reikalavimus ir valdymo ciklus iki 1000 Hz. APQ naudoja didelio našumo X86 procesorius su programinės įrangos derinimu, kad atitiktų šiuos realaus laiko reikalavimus.
Tuo tarpu ratiniai arba baziniai robotai pasižymi lengvesne važiuoklės konstrukcija, kuri suteikia didesnių pranašumų sąnaudų kontrolės, judėjimo efektyvumo ir baterijos veikimo laiko srityse. Paprastai jie turi apie 30 laisvės laipsnių ir mažiau reikalauja realaus laiko skaičiavimo, tačiau yra jautresni energijos suvartojimui. Šioje kategorijoje APQ naudoja mažai energijos naudojančias, nebrangias platformas, tokias kaip „Intel® N97“ arba „J6412“, kad sukurtų išsamius sprendimus. Tai subalansuoja energijos vartojimo efektyvumą ir sąnaudas, tuo pačiu išnaudojant turtingą X86 platformos kūrimo ekosistemą, kad būtų patenkinti griežti valdymo sistemos realaus laiko našumo, stabilumo, integracijos ir kompaktiškumo reikalavimai.
02
APQ „EtherCAT“ realaus laiko valdymo optimizavimo atvejo analizė
Programos fonas
Ratiniai/baziniai robotai paprastai naudojami sudėtingam trajektorijų valdymui, daugiaašiams sujungimams, vaizdo valdomam judėjimui ir panašioms reikmėms. Jų valdymo sistemos turi palaikyti:
-
EtherCAT didelės spartos magistralės ryšyssinchronizuotam servo valdymui
-
Griežta realaus laiko OSuž submilisekundės atsaką
-
Kompaktiškas pramoninis dizainastinka ankštoms laidų ar spintelių erdvėms
-
Išplečiami prievadaiįskaitant kelis nuosekliuosius ir LAN prievadus įvairiems periferiniams prievadams integruoti
Vienam klientui, kūrusiam daugiaašį robotą, reikėjo „EtherCAT“ palaikymo ir didelio našumo realiuoju laiku. Tačiau bandymai su N97 platforma ir servo varikliais parodė, kad „EtherCAT“ ryšio ciklas negalėjo pasiekti mažesnio nei 50 μs greičio, todėl susidarė kritinė masinės gamybos kliūtis.
Realaus laiko optimizavimo metodas
Naudodama N97 ir J6412 platformas, APQ atliko visišką sistemos lygio realaus laiko derinimą. N97 platformos proceso pavyzdys:
1. OS perjungti į „Linux Xenomai Environment“:
-
Ubuntu 20.04 + Linux branduolys 5.15
-
Realaus laiko pataisymas: „Xenomai 3.2“ (suderinamas su „LinuxCNC“)
-
Suderinamumas patikrintas atsižvelgiant į kliento senosios sistemos poreikius (branduolys 4.19 + Xenomai 3.1)
Realaus laiko derinimo žingsniai:
a) BIOS derinimas
b) Branduolio parametrų optimizavimas realiuoju laiku (ECI)
c) Komandinės eilutės parametrų derinimas (ECI)
d) Gilus OS lygio pritaikymas
e) Vėlavimo / virpesių matavimai
2. Standartinis realaus laiko testavimo darbo eiga:
-
Įrankiai:Vėlavimo, laikrodžio testavimo, „LinuxCNC“ testavimo moduliai
-
Tikslai:
-
Vėlavimas: maksimalus vėlavimas < 40 μs
-
Testas su laiku: dreifas ≈ 0 (trečias stulpelis rezultate artimas nuliui)
-
-
Vykdymas:Keli testavimo etapai skirtingose aparatinės įrangos partijose (įskaitant J6412 palyginimui)
Testo rezultatas:
„Linux Xenomai“ aplinkoje valdymo ciklo laikas ir virpesių dažnis gerokai pagerėjo. Vėlavimas išliko mažesnis nei 40 μs, o takto testo poslinkis artėjo prie nulio – tai atitiko programos reikalavimus.
Realaus pasaulio taikymo rezultatai
Daugiaašė robotinė rankos kontrolė
Iššūkis:
8 ašių sinchronizuotam suvirinimui reikėjo μs lygio sinchronizacijos; tradiciniai sprendimai sukeldavo poslinkio ir trajektorijos paklaidas.
Optimizavimas:
-
J6412 su Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x gigabito LAN tiesiogiai į EtherCAT servo
-
„Isolcpus“ skirti realaus laiko apdorojimo branduoliai
Rezultatai:
-
Sinchronizavimo tikslumas:Laikrodžio bandymo poslinkis ≤ 0,05 μs; Maksimalus trajektorijos nuokrypis < 0,1 mm
-
Realaus laiko užtikrinimas:72 val. nepertraukiamo veikimo, didžiausias delsos laikas ≤ 38 μs
-
Sąnaudų mažinimas:35 % mažesnė kaina, 60 % mažiau energijos nei „i5“ sprendimas
Keturgubas roboto šuns judesio valdymas
Iššūkis:
12 jungčių dinaminiam balansavimui reikėjo μs lygio grįžtamojo ryšio; senosios sistemos delsa > 100 μs sukėlė nestabilumą
Optimizavimas:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI pataisa
-
Komandinės eilutės izoliuoti 2 procesoriaus branduoliai servo užduotims
Rezultatai:
-
Mažas delsos laikas:Valdymo ciklas per 500 μs, vėlavimas ≤ 35 μs
-
Tvirtumas:Atliekant -20°C temperatūros atkūrimo bandymą, virpėjimas < ±8μs
-
Išplečiamumas:IMU jutiklis per M.2; 60 % energijos taupymas, palyginti su i3 pagrindu sukurtu sprendimu
Diegimo parinktys
Techniškai pajėgiems klientams, orientuotiems į našumą realiuoju laiku, APQ rekomenduojaLinux + Xenomaidiegimas. Galutiniams vartotojams, kurie teikia pirmenybę patogumui iš karto, APQ taip pat siūloiš anksto įdiegti ir optimizuoti sistemos atvaizdaisu derinimo dokumentacija – diegimo kliūčių mažinimas.
Kadangi robotai vis dažniau pakeičia rankines užduotis,realiuoju laiku veikiančios, stabilios ir ekonomiškos valdymo sistemostampa itin svarbiu sėkmės elementu. APQ tenkina šį poreikį teikdama integruotus aparatinės ir programinės įrangos sprendimus ir toliau gilins savo dėmesį robotų periferiniams skaičiavimo ir judesio valdymo sprendimams, suteikdama daugiau pramonės klientų stabiliomis, efektyviomis ir lengvai integruojamomis įterptosiomis platformomis.
Jei jus domina mūsų įmonė ir produktai, susisiekite su mūsų užsienio atstovu Robinu.
Email: yang.chen@apuqi.com
„WhatsApp“: +86 18351628738
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 28 d.