Studium przypadku zastosowania: APQ TER30R-A2 dla robota czworonożnego
Dzięki biomimetycznej lokomocji i silnej zdolności adaptacji do złożonego terenu, roboty czworonożne są szybko wdrażane do kontroli zasilania, patroli bezpieczeństwa publicznego, straży pożarnej i ratownictwa oraz nadzoru parków przemysłowych. Jednak w rzeczywistych zastosowaniach ich systemy sterowania ruchem napotykają liczne wyzwania. Kontroler musi zachować stabilność w przypadku wibracji o wysokiej częstotliwości i gwałtownych zmian postawy, precyzyjnie synchronizować ponad 12 silników stawów oraz zmieścić wysokowydajne obliczenia w bardzo ograniczonej przestrzeni ciała, gdzie liczy się każdy milimetr przestrzeni.
Po wielu rundach oceny produktu i rygorystycznych testach terenowych klient wybrał inteligentny sterownik ruchu „móżdżkowy” APQ TER30R-A2 jako główną jednostkę sterowania ruchem dla swojego czworonożnego robota nowej generacji.
Wyzwanie klienta
Wymagania dotyczące sterowania ruchem w czasie rzeczywistym:Bieganie, skakanie i skręcanie wymagają ścisłych wymagań dotyczących cyklu sterowania. Przy częstotliwości sterowania 1000 Hz drgania systemu muszą pozostać poniżej 20 μs, aby zapewnić precyzyjną i płynną synchronizację w wielu stawach.
Integracja urządzeń wielointerfejsowych:System musi jednocześnie łączyć LiDAR, kamery głębi, IMU, ponad 12 silników przegubowych i wiele czujników, co wymaga kontrolera z rozległymi zasobami przemysłowych wejść/wyjść.
Ograniczenia dotyczące ultrakompaktowej przestrzeni:Przestrzeń wewnątrz tułowia robota i przedziałów na stawy jest niezwykle ograniczona. Kontroler musi zapewniać wymaganą wydajność w ultracienkiej, kompaktowej obudowie, pozostawiając więcej miejsca na baterie, czujniki i inne moduły funkcjonalne.
Wytrzymała odporność na wibracje i wstrząsy:Podczas biegania, skakania i pokonywania przeszkód robot jest stale narażony na silne wibracje i wstrząsy. Dlatego konieczna jest zintegrowana konstrukcja na poziomie płyty głównej, aby zapobiec luzowaniu się złączy pod wpływem wibracji.
Lekkie przetwarzanie brzegowe AI:Kontroler wymaga również możliwości wnioskowania z wykorzystaniem sztucznej inteligencji, aby móc uruchamiać lekkie algorytmy rozpoznawania terenu, dynamicznego omijania przeszkód i podobnych inteligentnych funkcji.
Rozwiązanie APQ
Precyzyjna kontrola ruchu z synchronizacją 36 osi:TER30R-A2 napędzany jest ośmiordzeniowym, 64-bitowym procesorem Rockchip RK3588 ze zintegrowanym 6-rdzeniowym układem NPU TOPS. Obsługuje on zsynchronizowane sterowanie maksymalnie 36 osiami. Przy częstotliwości sterowania 1000 Hz drgania systemu utrzymują się poniżej 20 μs. Niezależnie od tego, czy koordynujesz wiele stawów podczas biegu, wykonujesz szybkie skręty, czy pokonujesz skomplikowany teren, kontroler zapewnia precyzyjne i płynne sterowanie ruchem, tworząc stabilną i niezawodną podstawę dla dynamicznych operacji robotów czworonożnych.
Bogate wejście/wyjście umożliwiające integrację wielu urządzeń:TER30R-A2 wyróżnia się specjalnie opracowaną architekturą wejścia/wyjścia dla systemów robotów czworonożnych, konsolidującą napędy stawów, urządzenia percepcyjne, sieci przemysłowe i interfejsy siłowników w jednym kontrolerze. · 4 porty CAN FD: bezpośrednie połączenie z ponad 12 silnikami przegubowymi i ich układami napędowymi, umożliwiające precyzyjne, zsynchronizowane sterowanie wieloma osiami. · 3 porty Gigabit Ethernet: obsługa EtherCAT umożliwiająca deterministyczną komunikację Ethernet w czasie rzeczywistym w środowisku przemysłowym. · 1 port 2,5GbE + 1 port GbE: Port 2,5GbE zapewnia szybką łączność z kontrolerem percepcji, natomiast port GbE obsługuje wprowadzanie danych z chmury punktów LiDAR. · 8 interfejsów USB (3 x USB 5 Gb/s typu C, 1 x USB 2.0 typu C i 4 x wewnętrzne złącza USB 2.0): obsługa jednoczesnego podłączenia LiDAR-u, kamer głębi, narzędzi uruchomieniowych i innych urządzeń peryferyjnych. · 4 przełączane porty szeregowe RS-232/RS-485: Niezawodna łączność z modułami IMU, czujnikami ultradźwiękowymi i innymi urządzeniami peryferyjnymi. · 8 kanałów GPIO + 2 kanały PWM: Elastyczna rozbudowa o sterowanie oświetleniem, wyjścia alarmowe i inne interfejsy siłowników. · 1 × wyjście HDMI + 1 × interfejs audio: wygodne do lokalnego uruchomienia i wizualizacji stanu.
Ultrakompaktowa konstrukcja zapewniająca elastyczną integrację:Kontroler o wymiarach zaledwie 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm jest wyjątkowo kompaktowy, o grubości mniej więcej równej średnicy monety. Jego w pełni aluminiowa obudowa umożliwia montaż na wspornikach i można ją łatwo zintegrować z korpusem robota lub komorami stawów, oszczędzając cenne miejsce na baterie, czujniki i inne moduły. Zintegrowana pamięć i pamięć wbudowana w kontroler eliminuje ryzyko poluzowania się złączy spowodowane wibracjami, zapewniając stabilną pracę podczas dynamicznego biegu i misji w trudnym terenie.
Rozszerzenie sieci bezprzewodowej dla zróżnicowanych wdrożeń:Kontroler oferuje gniazdo M.2 Key-B (USB 5 Gb/s, formaty 3042/3052, z gniazdem Nano-SIM) dla modułów 4G/5G, a także gniazdo M.2 Key-E (PCIe 2.0 × 1 + USB 2.0) dla modułów Wi-Fi/Bluetooth. Niezależnie od tego, czy kontroler jest wdrożony w odległych podstacjach, czy do patrolowania miejskich parków przemysłowych, umożliwia on łączność w czasie rzeczywistym z platformami chmurowymi i centrami dowodzenia.
Niezawodność klasy przemysłowej dla operacji dynamicznych o dużej intensywności:TER30R-A2 został zaprojektowany do pracy w środowiskach robotów mobilnych narażonych na duże wibracje i wstrząsy. Zapewnia szeroki zakres temperatur pracy, szeroki zakres napięcia zasilania i wygodną konserwację na miejscu. · Temperatura pracy: od -10°C do 50°C; temperatura przechowywania: od -40°C do 80°C. · Potwierdzone testami odporności na przypadkowe wibracje 3G i wstrząsy 30G, co gwarantuje niezawodną pracę podczas biegania, skakania i pokonywania przeszkód. · Szeroki zakres napięcia wejściowego 12–28 V DC obsługuje systemy akumulatorów robotów o różnych napięciach znamionowych. · Na panelu przednim znajduje się wyłącznik zasilania, przycisk odzyskiwania systemu, przycisk resetowania systemu oraz wskaźniki stanu, co umożliwia sprawne uruchamianie i konserwację na miejscu.
Osiągnięcia wartościowe:
Precyzyjna i płynna kontrola ruchu:Pętla sterowania o częstotliwości 1000 Hz i drganiach systemu poniżej 20 μs umożliwiają zsynchronizowane sterowanie 36 osiami, precyzyjnie napędzając silniki stawów, co pozwala na naturalne bieganie, skakanie i skręcanie, a jednocześnie utrzymuje stabilną postawę w trudnym terenie.
Kompleksowa integracja wielu urządzeń:4 porty CAN FD, 3 porty Ethernet obsługujące EtherCAT, 8 portów USB i 4 porty szeregowe umożliwiają bezpośrednią integrację silników przegubowych, LiDAR-ów, kamer głębi, IMU i innych urządzeń bez dodatkowych modułów rozszerzeń, co znacznie upraszcza architekturę systemu.
Kompaktowe wdrożenie uwalnia cenną przestrzeń:Ultrakompaktowy rozmiar 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm pozwala na łatwy montaż wewnątrz korpusu robota, pozostawiając więcej miejsca na baterie, czujniki i inne moduły funkcjonalne.
Stabilność i niezawodność przy ruchu o dużej intensywności:Zintegrowana konstrukcja na poziomie płyty głównej minimalizuje ryzyko związane z połączeniami spowodowanymi wibracjami, natomiast odporność na wibracje 3G i wstrząsy 30G gwarantuje niezawodną pracę podczas biegania, skakania i pokonywania przeszkód.
Lekkie obliczenia brzegowe AI:Zintegrowany procesor NPU 6 TOPS obsługuje lekką inferencję sztucznej inteligencji krawędziowej do rozpoznawania terenu, dynamicznego omijania przeszkód i podobnych funkcji, zapewniając podstawę obliczeniową dla robotów czworonożnych, umożliwiając im ewolucję od autonomicznego poruszania się do autonomicznego podejmowania decyzji.
