Dankzij technologische doorbraken en branchebrede samenwerking wordt 2025 algemeen gezien als het "Jaar van de Robotica". De gehele robotica-industrie maakt een explosieve groei door, met diverse toepassingsscenario's die leiden tot gedifferentieerde technologische paden en eisen aan zowel software als hardware. De eisen en implementatiemethoden voor realtime motion control variëren dan ook. APQ heeft, dankzij een diepgaande kennis van de roboticasector, gerichte oplossingen ontwikkeld voor realtime optimalisatie van de besturing.
01
Divergerende routes voor robottechnologie en selectie van verwerkingsplatforms
Tweevoetige humanoïde robots hebben een mensachtig ontwerp dat uitblinkt in aanpassingsvermogen aan complex terrein en gecoördineerde operaties met het hele lichaam. Deze robots vereisen doorgaans 38 tot 70 assen voor bewegingsbesturing, wat extreem hoge realtime-eisen en regelcycli tot 1000 Hz met zich meebrengt. APQ gebruikt krachtige X86-processors met softwarematige afstemming om aan deze realtime-eisen te voldoen.
Robots met wielen of een basismodel daarentegen hebben een lichter chassisontwerp, wat grotere voordelen biedt op het gebied van kostenbeheersing, bewegingsefficiëntie en batterijduur. Deze robots hebben doorgaans ongeveer 30 vrijheidsgraden en een lagere vraag naar realtime computing, maar zijn gevoeliger voor stroomverbruik. Voor deze categorie maakt APQ gebruik van energiezuinige en goedkope platforms zoals Intel® N97 of J6412 om complete oplossingen te bouwen. Dit zorgt voor een evenwicht tussen energie-efficiëntie en kosten, terwijl het rijke ontwikkelecosysteem van het X86-platform wordt benut om te voldoen aan strenge eisen op het gebied van realtime prestaties, stabiliteit, integratie en compactheid van besturingssystemen.
02
Casestudy over optimalisatie van EtherCAT Real-Time Control van APQ
Toepassingsachtergrond
Robots met wielen/basis worden doorgaans gebruikt voor complexe trajectbesturing, meerassige koppeling, visueel gestuurde bewegingen en vergelijkbare toepassingen. Hun besturingssystemen moeten het volgende ondersteunen:
-
EtherCAT-hogesnelheidsbuscommunicatievoor gesynchroniseerde servobesturing
-
Hard real-time besturingssysteemvoor een respons van minder dan een milliseconde
-
Compact industrieel ontwerpgeschikt voor krappe bedrading of kastruimte
-
Uitbreidbare poorteninclusief meerdere seriële en LAN-poorten voor diverse randapparatuurintegratie
Eén klant, die een meerassige robot ontwikkelde, had EtherCAT-ondersteuning en hoge realtime prestaties nodig. Tests met het N97-platform en servodrivers lieten echter zien dat de EtherCAT-communicatiecyclus niet lager kon worden dan 50 μs, wat een kritiek knelpunt vormde voor massaproductie.
Real-time optimalisatiebenadering
Met behulp van de N97- en J6412-platformen voerde APQ volledige realtime tuning op systeemniveau uit. Voorbeeldproces voor het N97-platform:
1. Besturingssysteem Schakel over naar Linux Xenomai-omgeving:
-
Ubuntu 20.04 + Linux-kernel 5.15
-
Realtime patch: Xenomai 3.2 (compatibel met LinuxCNC)
-
Compatibiliteit getest voor de legacy-behoefte van de klant (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Real-time afstemmingsstappen:
a) BIOS-afstemming
b) Realtime kernelparameteroptimalisatie (ECI)
c) Commandline-parameterafstemming (ECI)
d) Diepgaande aanpassing op OS-niveau
e) Latentie-/jittermetingen
2. Standaardwerkstroom voor realtime testen:
-
Hulpmiddelen:Latency, Clocktest, LinuxCNC-testmodules
-
Doelen:
-
Latentie: maximale vertraging < 40 μs
-
Clocktest: Drift ≈ 0 (3e kolom dicht bij nul in resultaat)
-
-
Uitvoering:Meerdere testrondes over hardwarebatches (inclusief J6412 ter vergelijking)
Testresultaat:
In de Linux Xenomai-omgeving verbeterden de regelcyclustijd en jitter aanzienlijk. De latentie bleef gedurende het hele proces onder de 40 μs, terwijl de kloksnelheidsdrift bijna nul was – wat voldeed aan de applicatievereisten.
Resultaten van toepassingen in de praktijk
Besturing van meerassige robotarmen
Uitdaging:
Voor 8-assig gesynchroniseerd lassen was een synchronisatie op μs-niveau nodig; traditionele oplossingen veroorzaakten drift en trajectfouten.
Optimalisatie:
-
J6412 met Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN direct naar EtherCAT servo
-
Isolcpus toegewijde real-time verwerkingskernen
Resultaten:
-
Synchronisatieprecisie:Clocktest drift ≤ 0,05 μs; maximale trajectafwijking < 0,1 mm
-
Real-time zekerheid:72 uur continu bedrijf, pieklatentie ≤ 38μs
-
Kostenreductie:35% lagere kosten, 60% minder stroomverbruik dan de i5-oplossing
Viervoetige robothond bewegingsbesturing
Uitdaging:
Dynamische balancering met 12 verbindingen vereist feedback op μs-niveau; latentie van het oude systeem > 100 μs veroorzaakte instabiliteit
Optimalisatie:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI-patch
-
Cmdline isoleert 2 CPU-cores voor servotaken
Resultaten:
-
Lage latentie:Controlecyclus binnen 500μs, latentie ≤ 35μs
-
Robuustheid:Bij een hersteltest van -20°C is jitter < ±8μs
-
Uitbreidbaarheid:IMU-sensor via M.2; 60% energiebesparing ten opzichte van i3-gebaseerde oplossing
Implementatieopties
Voor technisch vaardige klanten die zich richten op realtime prestaties, adviseert APQLinux + Xenomaiimplementatie. Voor eindgebruikers die de voorkeur geven aan direct gebruiksvriendelijk, biedt APQ ookvooraf geïnstalleerde en geoptimaliseerde systeemimagesmet foutopsporingsdocumentatie, waardoor de implementatiedrempels worden verlaagd.
Nu robots steeds vaker handmatige taken vervangen,realtime, stabiele en kosteneffectieve besturingssystemencruciaal voor succes. APQ voldoet aan deze behoefte met geïntegreerde hardware-softwareoplossingen en zal zich blijven richten op robotic edge computing en motion control. Zo krijgen meer industriële klanten stabiele, efficiënte en eenvoudig te integreren embedded platforms tot hun beschikking.
Als u geïnteresseerd bent in ons bedrijf en onze producten, neem dan gerust contact op met onze buitenlandse vertegenwoordiger, Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Plaatsingstijd: 28-07-2025