Pateicoties tehnoloģiskiem sasniegumiem un sadarbībai visā nozarē, 2025. gads tiek plaši uzskatīts par “Robotikas gadu”. Visa robotikas nozare piedzīvo eksplozīvu izaugsmi, un dažādi pielietojuma scenāriji nosaka diferencētus tehnoloģiskos ceļus un pieprasījumu gan pēc programmatūras, gan aparatūras. Līdz ar to reāllaika kustības vadības prasības un ieviešanas metodes atšķiras. Izmantojot padziļinātu izpratni par robotikas nozari, APQ ir izstrādājis mērķtiecīgus reāllaika vadības optimizācijas risinājumus.
01
Atšķirīgi robotizēto tehnoloģiju maršruti un apstrādes platformas izvēle
Divkājainajiem humanoīdajiem robotiem ir cilvēkam līdzīgs dizains, kas izceļas ar spēju pielāgoties sarežģītam reljefam un veikt visa ķermeņa koordinētas darbības. Šiem robotiem parasti ir nepieciešamas 38 līdz 70 kustības vadības asis, kas nozīmē ārkārtīgi augstas reāllaika prasības un vadības ciklus līdz 1000 Hz. APQ izmanto augstas veiktspējas X86 procesorus ar programmatūras pielāgošanu, lai apmierinātu šīs reāllaika prasības.
Turpretī riteņu vai bāzes tipa robotiem ir vieglāka šasijas konstrukcija, kas piedāvā lielākas priekšrocības izmaksu kontrolē, kustību efektivitātē un akumulatora darbības laikā. Tiem parasti ir aptuveni 30 brīvības pakāpes un mazāka nepieciešamība pēc reāllaika skaitļošanas, taču tie ir jutīgāki pret enerģijas patēriņu. Šajā kategorijā APQ izmanto mazjaudas un lētas platformas, piemēram, Intel® N97 vai J6412, lai izveidotu pilnīgus risinājumus. Tas līdzsvaro energoefektivitāti un izmaksas, vienlaikus izmantojot X86 platformas bagātīgo izstrādes ekosistēmu, lai izpildītu stingras prasības attiecībā uz vadības sistēmas reāllaika veiktspēju, stabilitāti, integrāciju un kompaktumu.
02
APQ EtherCAT reāllaika vadības optimizācijas gadījuma izpēte
Lietojumprogrammas fons
Roboti uz riteņiem/pamatnēm parasti tiek izmantoti sarežģītā trajektoriju vadībā, daudzu asu savienojumos, ar redzi vadāmā kustībā un līdzīgās lietojumprogrammās. To vadības sistēmām ir jāatbalsta:
-
EtherCAT ātrgaitas kopnes komunikācijasinhronizētai servo vadībai
-
Cietā reāllaika operētājsistēmaatbildes laikam zem milisekundes
-
Kompakts industriālais dizainspiemērots šaurām elektroinstalācijām vai skapīšu telpai
-
Paplašināmas pieslēgvietasieskaitot vairākus seriālos un LAN portus dažādu perifērijas ierīču integrācijai
Vienam klientam, kurš izstrādāja daudzu asu robotu, bija nepieciešams EtherCAT atbalsts un augsta reāllaika veiktspēja. Tomēr testēšana ar N97 platformu un servo draiveriem parādīja, ka EtherCAT komunikācijas cikls nevarēja sasniegt mazāk par 50 μs, radot kritisku sašaurinājumu masveida ražošanai.
Reāllaika optimizācijas pieeja
Izmantojot N97 un J6412 platformas, APQ veica pilnīgu sistēmas līmeņa reāllaika noregulēšanu. Procesa piemērs N97 platformai:
1. OS pāreja uz Linux Xenomai vidi:
-
Ubuntu 20.04 + Linux kodols 5.15
-
Reāllaika ielāps: Xenomai 3.2 (saderīgs ar LinuxCNC)
-
Saderība pārbaudīta atbilstoši klienta mantotajām vajadzībām (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Reāllaika regulēšanas soļi:
a) BIOS skaņošana
b) Kodola parametru optimizācija reāllaikā (ECI)
c) Komandrindas parametru regulēšana (ECI)
d) Dziļa OS līmeņa pielāgošana
e) Latentuma/trīces mērījumi
2. Standarta reāllaika testēšanas darbplūsma:
-
Rīki:Latentuma, pulksteņa testa, LinuxCNC testa moduļi
-
Mērķi:
-
Latentums: maksimālā aizture < 40 μs
-
Pulksteņa tests: Drift ≈ 0 (rezultātā 3. kolonna ir tuvu nullei)
-
-
Izpilde:Vairākas testēšanas kārtas dažādām aparatūras partijām (ieskaitot J6412 salīdzināšanai)
Testa rezultāts:
Linux Xenomai vidē vadības cikla laiks un svārstības (džiters) ievērojami uzlabojās. Latentums visā procesa laikā saglabājās zem 40 μs, savukārt pulksteņa testa nobīde tuvojās nullei, kas atbilst lietojumprogrammu prasībām.
Reālās pasaules lietojumprogrammu rezultāti
Daudzasu robotizētas rokas vadība
Izaicinājums:
8 asu sinhronizētai metināšanai bija nepieciešama μs līmeņa sinhronizācija; tradicionālie risinājumi izraisīja nobīdi un trajektorijas kļūdas.
Optimizācija:
-
J6412 ar Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x gigabitu LAN tieši uz EtherCAT servo
-
Isolcpus īpaši reāllaika apstrādes kodoli
Rezultāti:
-
Sinhronizācijas precizitāte:Pulksteņa testa nobīde ≤ 0,05 μs; maksimālā trajektorijas novirze < 0,1 mm
-
Reāllaika garantija:72 stundu nepārtraukta darbība, maksimālā latentuma vērtība ≤ 38 μs
-
Izmaksu samazināšana:Par 35 % zemākas izmaksas, par 60 % mazāk enerģijas nekā i5 risinājumam
Četrkārša robota suņa kustību vadība
Izaicinājums:
12 locītavu dinamiskajai balansēšanai bija nepieciešama μs līmeņa atgriezeniskā saite; mantotās sistēmas latentums > 100 μs izraisīja nestabilitāti
Optimizācija:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI ielāps
-
Izolēti 2 centrālā procesora kodoli servo uzdevumiem, izmantojot komandrindu
Rezultāti:
-
Zema latentuma pakāpe:Vadības cikls 500 μs robežās, latentums ≤ 35 μs
-
Izturība:-20°C atkopšanas testā, svārstības < ±8μs
-
Paplašināmība:IMU sensors caur M.2; 60% enerģijas ietaupījums salīdzinājumā ar risinājumu, kura pamatā ir i3
Izvietošanas opcijas
Tehniski spējīgiem klientiem, kas koncentrējas uz veiktspēju reāllaikā, APQ iesakaLinux + Xenomaiizvietošana. Lietotājiem, kas dod priekšroku ērtībām uzreiz pēc instalēšanas, APQ piedāvā arīiepriekš instalēti un optimizēti sistēmas attēliar atkļūdošanas dokumentāciju — samazinot ieviešanas šķēršļus.
Tā kā roboti arvien vairāk aizstāj manuālos uzdevumus,reāllaika, stabilas un rentablas vadības sistēmaskļūst par izšķirošu panākumu gūšanas faktoru. APQ apmierina šo vajadzību, izmantojot integrētus aparatūras un programmatūras risinājumus, un turpinās padziļināt savu uzmanību robotizētai perifērijas skaitļošanai un kustības vadībai, nodrošinot arvien vairāk rūpniecisko klientu ar stabilām, efektīvām un viegli integrējamām iegultām platformām.
Ja jūs interesē mūsu uzņēmums un produkti, droši sazinieties ar mūsu ārvalstu pārstāvi Robinu.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Publicēšanas laiks: 2025. gada 28. jūlijs