Datorită progreselor tehnologice și colaborării la nivelul întregii industrii, anul 2025 este considerat pe scară largă „Anul Roboticii”. Întreaga industrie a roboticii se confruntă cu o creștere explozivă, cu scenarii de aplicare diverse care determină căi tehnologice diferențiate și cerințe atât pentru software, cât și pentru hardware. În consecință, cerințele și metodele de implementare pentru controlul mișcării în timp real variază. Valorificând o înțelegere aprofundată a sectorului roboticii, APQ a dezvoltat soluții specifice de optimizare a controlului în timp real.
01
Rute divergente ale tehnologiei robotice și selecția platformei de procesare
Roboții umanoizi bipedali au un design asemănător cu cel uman, care excelează prin adaptabilitatea la terenuri complexe și operațiuni coordonate ale întregului corp. Acești roboți necesită de obicei între 38 și 70 de axe de control al mișcării, ceea ce înseamnă cerințe extrem de ridicate în timp real și cicluri de control de până la 1000 Hz. APQ utilizează procesoare X86 de înaltă performanță cu reglare software pentru a satisface aceste cerințe în timp real.
Prin contrast, roboții cu roți sau de tip bază adoptă un design al șasiului mai ușor, oferind avantaje mai mari în ceea ce privește controlul costurilor, eficiența mișcării și durata de viață a bateriei. Aceștia au de obicei aproximativ 30 de grade de libertate și o cerere mai mică de calcul în timp real, dar sunt mai sensibili la consumul de energie. Pentru această categorie, APQ utilizează platforme cu consum redus de energie și costuri reduse, cum ar fi Intel® N97 sau J6412, pentru a construi soluții complete. Acest lucru echilibrează eficiența energetică și costul, valorificând în același timp bogatul ecosistem de dezvoltare al platformei X86 pentru a îndeplini cerințele stricte privind performanța, stabilitatea, integrarea și compactitatea în timp real a sistemului de control.
02
Studiu de caz APQ privind optimizarea controlului în timp real EtherCAT
Contextul aplicației
Roboții cu roți/cu bază sunt utilizați de obicei în controlul complex al traiectoriei, legături multiaxiale, mișcare ghidată vizual și aplicații similare. Sistemele lor de control trebuie să suporte:
-
Comunicare prin magistrală de mare viteză EtherCATpentru servocomandă sincronizată
-
Sistem de operare în timp real durpentru un răspuns sub milisecundă
-
Design industrial compactpotrivit pentru cablaje înguste sau spațiu în dulap
-
Porturi extensibileinclusiv multiple porturi seriale și LAN pentru integrarea diverselor periferice
Un client, care dezvolta un robot multiaxial, avea nevoie de suport EtherCAT și de performanțe ridicate în timp real. Cu toate acestea, testele cu platforma N97 și driverele servo au arătat că ciclul de comunicare EtherCAT nu putea ajunge sub 50 μs, creând un blocaj critic pentru producția de masă.
Abordarea optimizării în timp real
Folosind platformele N97 și J6412, APQ a executat o reglare completă în timp real la nivel de sistem. Exemplu de proces pentru platforma N97:
1. Comutați sistemul de operare la mediul Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + Linux Kernel 5.15
-
Patch în timp real: Xenomai 3.2 (compatibil cu LinuxCNC)
-
Compatibilitate testată pentru nevoile clientului cu versiunile vechi (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Pași de reglare în timp real:
a) Reglarea BIOS-ului
b) Optimizarea parametrilor kernelului în timp real (ECI)
c) Reglarea parametrilor Cmdline (ECI)
d) Personalizare profundă la nivel de sistem de operare
e) Măsurători de latență/jitter
2. Flux de lucru standard pentru testarea în timp real:
-
Instrumente:Latență, Test de ceas, module de testare LinuxCNC
-
Ținte:
-
Latență: Întârziere maximă < 40 μs
-
Test de ceas: Drift ≈ 0 (a 3-a coloană aproape de zero în rezultat)
-
-
Execuţie:Mai multe runde de testare pe loturi de hardware (inclusiv J6412 ca comparație)
Rezultatul testului:
În mediul Linux Xenomai, timpul ciclului de control și jitter-ul s-au îmbunătățit semnificativ. Latența a rămas sub 40 μs pe tot parcursul testului, în timp ce abaterea de la clocktest s-a apropiat de zero — îndeplinind cerințele aplicației.
Rezultate ale aplicațiilor din lumea reală
Controlul brațului robotic multi-axe
Provocare:
Sudarea sincronizată pe 8 axe necesita o sincronizare de nivel μs; soluțiile tradiționale cauzau erori de deviație și traiectorie.
Optimizare:
-
J6412 cu Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN direct la servo EtherCAT
-
Nuclee de procesare în timp real dedicate Isolcpus
Rezultate:
-
Precizie de sincronizare:Abatere maximă a traiectoriei în testul de ceasornic < 0,05 μs
-
Asigurare în timp real:Funcționare continuă 72h, latență maximă ≤ 38μs
-
Reducerea costurilor:Cost cu 35% mai mic, energie cu 60% mai mică decât soluția i5
Controlul mișcării câinelui robot patruped
Provocare:
Echilibrarea dinamică cu 12 articulații necesita feedback la nivel de μs; latența sistemului vechi > 100μs a cauzat instabilitate
Optimizare:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + patch ECI
-
Linia de comandă a izolat 2 nuclee CPU pentru sarcini servo
Rezultate:
-
Latență redusă:Ciclu de control în limita a 500 μs, latență ≤ 35 μs
-
Robusteţe:În testul de recuperare la -20°C, jitter < ±8μs
-
Extensibilitate:Senzor IMU prin M.2; economie de energie cu 60% față de soluția bazată pe i3
Opțiuni de implementare
Pentru clienții capabili din punct de vedere tehnic, concentrați pe performanță în timp real, APQ recomandăLinux + Xenomaiimplementare. Pentru utilizatorii finali care preferă confortul imediat ce folosesc un dispozitiv, APQ oferă șiimagini de sistem preinstalate și optimizatecu documentație de depanare — reducând barierele de implementare.
Pe măsură ce roboții înlocuiesc din ce în ce mai mult sarcinile manuale,sisteme de control în timp real, stabile și rentabiledevin esențiale pentru succes. APQ răspunde acestei nevoi prin soluții integrate hardware-software și va continua să se concentreze mai mult pe robotica edge computing și controlul mișcării — oferind mai multor clienți industriali platforme integrate stabile, eficiente și ușor de integrat.
Dacă sunteți interesați de compania și produsele noastre, nu ezitați să contactați reprezentantul nostru internațional, Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Data publicării: 28 iulie 2025