Com avanços tecnológicos e colaboração em toda a indústria, 2025 é amplamente considerado o “Ano da Robótica”. Todo o setor de robótica está experimentando um crescimento explosivo, com diversos cenários de aplicação impulsionando caminhos tecnológicos diferenciados e demandas tanto por software quanto por hardware. Consequentemente, os requisitos e os métodos de implementação para controle de movimento em tempo real variam. Aproveitando um profundo conhecimento do setor de robótica, a APQ desenvolveu soluções específicas de otimização de controle em tempo real.
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Divergências nas Rotas da Tecnologia Robótica e Seleção da Plataforma de Processamento
Robôs humanoides bípedes apresentam um design semelhante ao humano, que se destaca pela adaptabilidade a terrenos complexos e operações coordenadas de todo o corpo. Esses robôs normalmente exigem de 38 a 70 eixos de controle de movimento, o que implica em requisitos de tempo real extremamente elevados e ciclos de controle de até 1000 Hz. A APQ utiliza processadores X86 de alto desempenho com otimização de software para atender a essas demandas de tempo real.
Em contrapartida, robôs com rodas ou base fixa adotam um design de chassi mais leve, oferecendo maiores vantagens em termos de controle de custos, eficiência de movimento e duração da bateria. Normalmente, esses robôs possuem cerca de 30 graus de liberdade e menor demanda por computação em tempo real, mas são mais sensíveis ao consumo de energia. Para essa categoria, a APQ utiliza plataformas de baixo consumo e baixo custo, como Intel® N97 ou J6412, para construir soluções completas. Isso equilibra a eficiência energética e o custo, ao mesmo tempo que aproveita o rico ecossistema de desenvolvimento da plataforma x86 para atender aos rigorosos requisitos de desempenho em tempo real, estabilidade, integração e compacidade do sistema de controle.
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Estudo de caso de otimização de controle em tempo real EtherCAT da APQ
Contexto da aplicação
Robôs com rodas/base são normalmente usados em controle de trajetória complexo, articulação multieixos, movimento guiado por visão e aplicações similares. Seus sistemas de controle devem suportar:
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Comunicação de barramento de alta velocidade EtherCATpara controle servo sincronizado
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Sistema operacional de tempo real rígidopara resposta em submilissegundos
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Design industrial compactoAdequado para fiação apertada ou espaços em armários
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Portas expansíveisIncluindo múltiplas portas seriais e LAN para integração de diversos periféricos.
Um cliente, que desenvolvia um robô multieixos, exigia suporte a EtherCAT e alto desempenho em tempo real. No entanto, os testes com a plataforma N97 e os drivers de servo mostraram que o ciclo de comunicação EtherCAT não conseguia atingir menos de 50 μs, criando um gargalo crítico para a produção em massa.
Abordagem de otimização em tempo real
Utilizando as plataformas N97 e J6412, a APQ executou o ajuste em tempo real de todo o sistema. Exemplo de processo para a plataforma N97:
1. Mudança de sistema operacional para ambiente Linux Xenomai:
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Ubuntu 20.04 + Kernel Linux 5.15
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Patch em tempo real: Xenomai 3.2 (compatível com LinuxCNC)
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Compatibilidade testada para atender às necessidades legadas do cliente (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Etapas de ajuste em tempo real:
a) Ajuste da BIOS
b) Otimização de parâmetros do kernel em tempo real (ECI)
c) Ajuste de parâmetros da linha de comando (ECI)
d) Personalização profunda em nível de sistema operacional
e) Medições de latência/jitter
2. Fluxo de trabalho padrão para testes em tempo real:
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Ferramentas:Latência, Clocktest, módulos de teste LinuxCNC
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Alvos:
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Latência: Atraso máximo < 40 μs
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Teste de relógio: Deriva ≈ 0 (3ª coluna próxima de zero no resultado)
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Execução:Várias rodadas de testes em diferentes lotes de hardware (incluindo o J6412 para comparação).
Resultado do teste:
No ambiente Linux Xenomai, o tempo de ciclo de controle e a variação temporal (jitter) melhoraram significativamente. A latência permaneceu abaixo de 40 μs durante todo o período, enquanto a deriva do teste de clock se aproximou de zero — atendendo às demandas da aplicação.
Resultados de aplicação no mundo real
Controle de braço robótico multieixos
Desafio:
A soldagem sincronizada de 8 eixos exigia sincronização em nível de microssegundos; as soluções tradicionais causavam desvios e erros de trajetória.
Otimização:
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J6412 com Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
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4x Gigabit LAN direto para servo EtherCAT
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núcleos de processamento em tempo real dedicados Isolcpus
Resultados:
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Precisão de sincronização:Desvio do teste de relógio ≤ 0,05 μs; Desvio máximo da trajetória < 0,1 mm
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Garantia em tempo real:Operação contínua por 72 horas, latência de pico ≤ 38 μs
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Redução de custos:Custo 35% menor, consumo de energia 60% inferior à solução i5
Controle de movimento de cão robô quadrúpede
Desafio:
O balanceamento dinâmico de 12 juntas exigia feedback em nível de microssegundos; a latência do sistema legado > 100 μs causava instabilidade.
Otimização:
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N97 + Xenomai 3.2
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PREEMPT_RT + patch ECI
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A linha de comando isolou 2 núcleos de CPU para tarefas servo.
Resultados:
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Baixa latência:Ciclo de controle em 500 μs, latência ≤ 35 μs
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Robustez:No teste de recuperação a -20°C, a oscilação foi < ±8μs.
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Expansibilidade:Sensor IMU via M.2; economia de energia de 60% em comparação com a solução baseada em i3.
Opções de Implantação
Para clientes com capacidade técnica e foco em desempenho em tempo real, a APQ recomenda:Linux + Xenomaiimplantação. Para usuários finais que preferem a conveniência de soluções prontas para uso, a APQ também ofereceimagens de sistema pré-instaladas e otimizadasCom documentação de depuração — reduzindo as barreiras de implementação.
À medida que os robôs substituem cada vez mais as tarefas manuais,sistemas de controle em tempo real, estáveis e econômicostornam-se essenciais para o sucesso. A APQ está atendendo a essa necessidade por meio de soluções integradas de hardware e software e continuará a aprofundar seu foco em computação de borda robótica e controle de movimento — capacitando mais clientes industriais com plataformas embarcadas estáveis, eficientes e de fácil integração.
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Data da publicação: 28/07/2025