Flagowy sterownik APQ Embodied Intelligence TER40J-A6 w zastosowaniu w dwunożnym robocie humanoidalnym
Dwunożne roboty humanoidalne stanowią ukoronowanie technologii ucieleśnionej inteligencji. Ich ludzka forma umożliwia płynną adaptację do ludzkiego środowiska pracy, co daje im szerokie perspektywy zastosowania w produkcji przemysłowej, usługach komercyjnych i operacjach specjalnych. Jednak wyzwania związane z równowagą dynamiczną, jakie niesie ze sobą konstrukcja dwunożna, nakładają na główny system sterowania znacznie wyższe wymagania niż w przypadku innych form robotycznych – musi on wykonać pełną, zamkniętą pętlę percepcji, podejmowania decyzji i sterowania w ciągu milisekund.
Po wielu rundach ocen i rygorystycznej walidacji w terenie klient ostatecznie wybrał flagowy inteligentny sterownik firmy APQ, TER40J-A6, jako główną platformę sterowania dla swojego nowej generacji dwunożnego robota humanoidalnego.
Wyzwanie klienta
Ekstremalne zapotrzebowanie na obliczenia AI:Dwunożny robot humanoidalny musi w czasie rzeczywistym obsługiwać duże modele multimodalne na krawędzi sieci, aby wykonywać złożone zadania AI, takie jak postrzeganie otoczenia, rozumienie semantyki i planowanie zadań. Wymaga to wydajności AI na poziomie tysiąca TOPS.
Zsynchronizowana wielokanałowa akwizycja wideo HD:Robot potrzebuje wielu kamer HD, aby móc obserwować otoczenie w zakresie 360 stopni, dlatego kontroler musi obsługiwać wiele interfejsów kamer GMSL2 i funkcję synchronizacji czasu GNSS.
Współistnienie sieci o dużej prędkości i sygnałów przemysłowych w czasie rzeczywistym:Wymaga sieci klasy 10GbE do przesyłania danych na dużą skalę i ekstrakcji danych szkoleniowych, a także obsługi przemysłowego protokołu Ethernet czasu rzeczywistego EtherCAT do sterowania wszystkimi silnikami stawowymi robota.
Zintegrowana kontrola dużego i małego mózgu w czasie rzeczywistym:Chód dwunożny wymaga niezwykle krótkich cykli sterowania ruchem. Opóźnienie komunikacyjne tradycyjnych architektur „oddzielonych dużych i małych mózgów” nie jest w stanie sprostać wymaganiom czasu rzeczywistego, jakie stawia dynamiczna lokomocja dwunożna, dlatego zintegrowana architektura obliczeniowo-kontrolna jest niezbędna.
Bogate interfejsy komunikacji przemysłowej:Kontroler musi jednocześnie komunikować się z serwomotorami, czujnikami siły, IMU, LiDAR-ami i innymi urządzeniami, co wymaga wielu kanałów CAN FD, portów szeregowych, GPIO i innych rozbudowanych interfejsów.
Odporność na wibracje przy pracy o dużej dynamice:Podczas wykonywania bardzo dynamicznych ruchów, takich jak bieganie, skakanie i taniec, dwunożny robot humanoidalny jest poddawany intensywnym wibracjom i uderzeniom, co wymaga od kontrolera wyjątkowej konstrukcji antywibracyjnej i blokujących struktur interfejsu.
Rozwiązanie APQ
2070 TFLOPS wydajności sztucznej inteligencji, integracja funkcji dużego i małego mózgu:TER40J-A6 jest wyposażony w moduł rdzeniowy NVIDIA Jetson Thor T5000, zapewniający wydajność AI do 2070 TFLOPS (FP4 sparse). W porównaniu z platformą Jetson AGX Orin, stanowi on jakościowy skok – z większą liczbą rdzeni procesora i około dwu- lub trzykrotnie większą wydajnością. Taka moc obliczeniowa umożliwia dwunożnym robotom humanoidalnym uruchamianie w czasie rzeczywistym na krawędzi sieci wielkoskalowych modeli wizyjno-językowych, multimodalnych modeli percepcji oraz złożonych algorytmów planowania zadań, umożliwiając kompleksowe, inteligentne przetwarzanie od „percepcji” do „podejmowania decyzji”.
8 interfejsów kamery GMSL2 do percepcji panoramicznej:TER40J-A6 jest standardowo wyposażony w 8 interfejsów kamer GMSL2 i obsługuje synchronizację czasu GNSS. Te osiem interfejsów kamer można bezpośrednio podłączyć do wielu kamer HD, umożliwiając dwunożnym robotom humanoidalnym obserwację otoczenia w zakresie 360 stopni, bez martwych punktów. Synchronizacja czasu GNSS zapewnia precyzyjne wyrównanie wielu strumieni obrazu, zapewniając wysokiej jakości obsługę danych dla kluczowych funkcji, takich jak mapowanie SLAM, śledzenie celów i dynamiczne omijanie przeszkód.
Zunifikowana architektura obliczeniowo-kontrolna, eliminująca podział na duże i małe mózgi:Zbudowany na platformie Jetson Thor, TER40J-A6 jest pozycjonowany jako flagowy zintegrowany kontroler z dużym i małym mózgiem dla ucieleśnionej inteligencji. Nie tylko pełni on rolę „wielkiego mózgu” w percepcji i podejmowaniu decyzji przez sztuczną inteligencję, ale także, dzięki bogatym przemysłowym interfejsom komunikacyjnym, pełni funkcję „małego mózgu” w sterowaniu ruchem w czasie rzeczywistym, realizując w pełni zunifikowaną konstrukcję z dużym i małym mózgiem. Architektura ta zasadniczo eliminuje opóźnienia sterowania spowodowane opóźnieniem komunikacji w tradycyjnych, rozdzielonych rozwiązaniach typu „duży mózg + mały mózg” i zapewnia solidną podstawę sprzętową dla wysoce dynamicznego sterowania w czasie rzeczywistym w ruchu dwunożnym.
Kompleksowa modernizacja komunikacji przemysłowej umożliwiająca integrację wielu urządzeń:Interfejs TER40J-A6 został poddany kompleksowej modernizacji na potrzeby zastosowań w dwunożnych robotach humanoidalnych: 2 porty 10GbE + 4 niezależne porty Gigabit Ethernet (niektóre porty Gigabit obsługują EtherCAT). Porty 10GbE umożliwiają szybką ekstrakcję danych szkoleniowych z dużych modeli, zapewniając wysokiej jakości materiał do ciągłej iteracji i optymalizacji algorytmów sztucznej inteligencji. Porty gigabitowe mogą być przeznaczone do komunikacji wspólnych serwomechanizmów, dostępu do LiDAR-u i komunikacji zaplecza, umożliwiając rozdzielenie ruchu bez zatorów; 4 kanały CAN FD: bezpośrednie połączenie ze wspólnym systemem serwomechanizmu dwunożnego robota humanoidalnego w celu uzyskania wieloosiowej, wysoce precyzyjnej, zsynchronizowanej kontroli; 2 porty RS232/RS485: stabilne podłączenie urządzeń peryferyjnych, takich jak czujniki siły i IMU; 16 kanałów GPIO: ułatwienie rozbudowy o wyjścia alarmowe, wskazania stanu i inne interfejsy siłowników; dodatkowe interfejsy I2C, SPI, TTL, PPS_IN i 2 interfejsy PWM w celu spełnienia szczegółowych wymagań personalizacji; 3 porty USB 10 Gb/s + 1 port USB 5 Gb/s do podłączania szybkich urządzeń pamięci masowej, kamer przemysłowych, modułów głosowych, radarów, czujników siły i innych urządzeń; 1 interfejs wyświetlacza HDMI do lokalnego debugowania i wizualizacji.
Konstrukcja antywibracyjna pełnego interfejsu zapewniająca wysoką dynamikę pracy:Podczas dynamicznych czynności, takich jak bieganie, skakanie i taniec, kontroler dwunożnego robota humanoidalnego jest narażony na ciągłe, intensywne wibracje i uderzenia. TER40J-A6 charakteryzuje się kompleksową, systematyczną konstrukcją antywibracyjną na poziomie interfejsu: Interfejsy kamer GMSL posiadają wbudowane mechanizmy blokowania zatrzaskowego, zapewniające bezpieczne połączenia z wieloma kamerami HD podczas intensywnego ruchu; Interfejsy sieciowe wykorzystują format Mini I/O i posiadają mechanizmy blokujące, oferując lepszą odporność na wibracje w porównaniu z tradycyjnymi złączami RJ45; Interfejsy USB zapewniają zarezerwowane miejsca na śruby wokół portów, co pozwala na dodatkowe wzmocnienie kabli poprzez ich mocowanie; Ten kompletny system interfejsu gwarantuje, że kontroler może stabilnie wspierać prototypowe roboty w wykonywaniu złożonych, dynamicznych i wymagających dużej siły ruchów, takich jak taniec i salta.
Rozszerzenie łączności bezprzewodowej i niezawodność klasy przemysłowej:TER40J-A6 obsługuje gniazdo M.2 Key-M do rozbudowy dysków SSD NVMe, gniazdo M.2 Key-B do rozbudowy modułów 4G/5G oraz gniazdo M.2 Key-E do rozbudowy modułów Wi-Fi/Bluetooth. Z boku znajdują się dedykowane interfejsy debugowania i flashowania, a także gniazdo karty SIM, co ułatwia konserwację i modernizację. Całe urządzenie ma wymiary zaledwie 168,2 × 130 × 72,6 mm, wykorzystuje inteligentne chłodzenie aktywnym wentylatorem, obsługuje szeroki zakres napięcia zasilania 12–28 V DC, pracuje w zakresie temperatur od -20 do 50°C i w zakresie temperatur przechowywania od -40 do 80°C, a także przeszło rygorystyczne testy odporności na wibracje i wstrząsy.
Osiągnięcia wartościowe:
Całkowite przełamanie wąskiego gardła obliczeniowego:Dzięki 2070 TFLOPS-om ultrawysokiej wydajności AI, multimodalne modele wielkoformatowe mogą działać w czasie rzeczywistym na brzegu sieci. Szybkość reakcji w przypadku złożonych zadań AI, takich jak percepcja otoczenia, rozumienie semantyki i planowanie zadań, osiągnęła jakościowy skok w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami, zapewniając potężną podstawę obliczeniową dla dwunożnych robotów humanoidalnych, które mogą ewoluować od „zdolności do chodzenia” do „zdolności do myślenia i podejmowania decyzji”.
Zunifikowany układ dużego i małego mózgu, opóźnienie sterowania bliskie zeru:Zintegrowana architektura obliczeniowo-kontrolna platformy Jetson Thor całkowicie eliminuje opóźnienia komunikacyjne typowe dla tradycyjnych rozwiązań typu „duży mózg + mały mózg”. Polecenia sterujące ruchem dla chodu dwunożnego mogą zamknąć pętlę od percepcji do wykonania w ciągu nanosekund, znacznie poprawiając stabilność chodu i szybkość reakcji dynamicznej.
Percepcja panoramiczna bez martwego pola:8 interfejsów kamer GMSL2 w połączeniu z synchronizacją czasu GNSS umożliwia precyzyjne przechwytywanie i czasowe dopasowanie wielu strumieni obrazów HD, dzięki czemu możliwości percepcji 360 stopni robota spełniają zróżnicowane potrzeby związane z różnymi scenariuszami, takimi jak złożone rozpoznawanie terenu, dynamiczne omijanie przeszkód i śledzenie celu.
Komunikacja o dużej prędkości i sterowanie w czasie rzeczywistym:Dwa porty 10 GbE zapewniają szybką agregację danych wideo HD i percepcyjnych, umożliwiając szybką ekstrakcję danych treningowych dla dużych modeli i wspierając ciągłą optymalizację algorytmów AI. Cztery porty GbE obsługują EtherCAT, umożliwiając sterowanie silnikami stawów w czasie rzeczywistym z dokładnością do mikrosekund.
Pełna ochrona antywibracyjna interfejsu dla zadań o dużej dynamice:Liczne środki antywibracyjne — w tym złącza GMSL z blokadą zatrzaskową, blokowane porty sieciowe Mini I/O i śrubowe pozycje mocowania wokół interfejsów USB — zapewniają stabilną pracę kontrolera podczas bardzo dynamicznych czynności, takich jak bieganie, skakanie i taniec, rozwiązując w zasadniczy sposób uporczywe problemy w tradycyjnych rozwiązaniach, w których wibracje powodują poluzowanie się interfejsów i chwilowe przerwy w sygnale.
Integracja wielu urządzeń na jednej platformie, znacznie upraszczająca architekturę systemu:Bogate interfejsy, w tym 4× CAN FD, 2× RS232/485, 16× GPIO oraz I2C/SPI/PPS, umożliwiają połączenie jednej platformy z serwomechanizmami, czujnikami siły, IMU, LiDAR-ami, kamerami HD i innymi urządzeniami. Pełne wdrożenie systemu można przeprowadzić bez dodatkowych modułów rozszerzeń, co znacznie zmniejsza złożoność integracji systemu i koszty zestawienia materiałów (BOM).
