Met technologische doorbraken en samenwerking binnen de hele sector wordt 2025 algemeen beschouwd als het "Jaar van de Robotica". De gehele robotica-industrie maakt een explosieve groei door, waarbij diverse toepassingsscenario's leiden tot uiteenlopende technologische ontwikkelingen en een grote vraag naar zowel software als hardware. Hierdoor variëren de eisen en implementatiemethoden voor realtime bewegingsbesturing. APQ heeft, dankzij een diepgaand begrip van de robotica-sector, gerichte oplossingen ontwikkeld voor de optimalisatie van realtime besturing.
01
Verschillende ontwikkelingsrichtingen in robottechnologie en de keuze van verwerkingsplatformen
Tweebenige humanoïde robots hebben een mensachtig ontwerp dat uitblinkt in aanpassingsvermogen aan complex terrein en gecoördineerde bewegingen met het hele lichaam. Deze robots vereisen doorgaans 38 tot 70 bewegingsassen, wat extreem hoge realtime-eisen en besturingscycli tot 1000 Hz met zich meebrengt. APQ gebruikt krachtige X86-processoren met softwarematige optimalisatie om aan deze realtime-eisen te voldoen.
Daarentegen hebben robots op wielen of een basis een lichter chassisontwerp, wat grotere voordelen biedt op het gebied van kostenbeheersing, bewegingsefficiëntie en accuduur. Deze robots hebben doorgaans zo'n 30 vrijheidsgraden en vereisen minder realtime rekenkracht, maar zijn wel gevoeliger voor energieverbruik. Voor deze categorie gebruikt APQ energiezuinige en goedkope platforms zoals Intel® N97 of J6412 om complete oplossingen te bouwen. Dit zorgt voor een goede balans tussen energie-efficiëntie en kosten, terwijl tegelijkertijd gebruik wordt gemaakt van het rijke ontwikkelings-ecosysteem van het X86-platform om te voldoen aan de strenge eisen voor realtime prestaties, stabiliteit, integratie en compactheid van het besturingssysteem.
02
Casestudy van APQ over de optimalisatie van realtime besturing met EtherCAT.
Achtergrond van de applicatie
Robots op wielen/onderstel worden doorgaans gebruikt voor complexe trajectcontrole, meerassige koppelingen, visueel gestuurde bewegingen en soortgelijke toepassingen. Hun besturingssystemen moeten het volgende ondersteunen:
-
EtherCAT hogesnelheidsbuscommunicatievoor gesynchroniseerde servobesturing
-
Hard real-time besturingssysteemvoor een reactietijd van minder dan een milliseconde
-
Compact industrieel ontwerpgeschikt voor krappe bedrading of in kasten.
-
Uitbreidbare poorteninclusief meerdere seriële en LAN-poorten voor de integratie van diverse randapparatuur.
Een klant, die een meerassige robot ontwikkelde, had EtherCAT-ondersteuning en hoge realtime-prestaties nodig. Tests met het N97-platform en servostuurprogramma's toonden echter aan dat de EtherCAT-communicatiecyclus niet onder de 50 µs kon komen, wat een kritieke bottleneck vormde voor massaproductie.
Realtime optimalisatiebenadering
Met behulp van de N97- en J6412-platformen voerde APQ realtime afstemming 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 behoeften van de klant met oudere systemen (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Stappen voor realtime afstemming:
a) BIOS-afstelling
b) Realtime kernelparameteroptimalisatie (ECI)
c) Parameterafstemming via de commandoregel (ECI)
d) Diepgaande aanpassing op besturingssysteemniveau
e) Metingen van latentie/jitter
2. Standaard workflow voor realtime testen:
-
Hulpmiddelen:Latentie, kloktest, LinuxCNC-testmodules
-
Doelstellingen:
-
Latentie: Maximale vertraging < 40 μs
-
Kloktest: Drift ≈ 0 (3e kolom dicht bij nul in resultaat)
-
-
Uitvoering:Meerdere testrondes met verschillende hardwarebatches (waaronder de J6412 als vergelijkingsmateriaal).
Testresultaat:
Onder de Linux Xenomai-omgeving zijn de cyclustijd en jitter van de besturing aanzienlijk verbeterd. De latentie bleef constant onder de 40 µs, terwijl de kloktestdrift bijna nul was – waarmee aan de eisen van de applicatie werd voldaan.
Resultaten van praktijktoepassingen
Besturing van een meerassige robotarm
Uitdaging:
Voor gesynchroniseerd lassen met 8 assen was synchronisatie op microsecondeniveau vereist; traditionele oplossingen veroorzaakten afwijkingen en trajectfouten.
Optimalisatie:
-
J6412 met Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN rechtstreeks naar EtherCAT servo
-
Isolcpus dedicated real-time processing cores
Resultaten:
-
Synchronisatieprecisie:Kloktestdrift ≤ 0,05 μs; Maximale trajectafwijking < 0,1 mm
-
Realtime zekerheid:72 uur continu gebruik, pieklatentie ≤ 38 μs
-
Kostenbesparing:35% lagere kosten, 60% minder stroomverbruik dan de i5-oplossing
Bewegingsbesturing van een vierpotige robothond
Uitdaging:
Dynamische balans met 12 gewrichten vereist feedback op microsecondeniveau; de latentie van het oude systeem van meer dan 100 microseconden veroorzaakte instabiliteit.
Optimalisatie:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI-patch
-
De opdrachtregel heeft 2 CPU-kernen geïsoleerd voor servotaken.
Resultaten:
-
Lage latentie:Controlecyclus binnen 500 μs, latentie ≤ 35 μs
-
Robuustheid:Bij de hersteltest bij -20 °C bedraagt de jitter < ±8 μs.
-
Uitbreidbaarheid:IMU-sensor via M.2; 60% energiebesparing ten opzichte van een i3-gebaseerde oplossing.
Implementatieopties
Voor technisch onderlegde klanten die zich richten op realtime prestaties, beveelt APQ het volgende aan:Linux + Xenomaiimplementatie. Voor eindgebruikers die de voorkeur geven aan gebruiksgemak direct na installatie, biedt APQ ook de volgende mogelijkheden:vooraf geïnstalleerde en geoptimaliseerde systeemimagesmet debugdocumentatie — waardoor de implementatiedrempels worden verlaagd.
Naarmate robots steeds meer handmatige taken overnemen,realtime, stabiele en kosteneffectieve besturingssystemencruciaal voor succes. APQ speelt hierop in met geïntegreerde hardware-softwareoplossingen en zal zich blijven richten op edge computing en bewegingsbesturing voor robots. Zo worden meer industriële klanten voorzien van stabiele, efficiënte en eenvoudig te integreren embedded platforms.
Als u interesse heeft in ons bedrijf en onze producten, neem dan gerust contact op met onze vertegenwoordiger in het buitenland, Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Geplaatst op: 28 juli 2025