Благодаря технологическим прорывам и общеотраслевому сотрудничеству 2025 год широко называют «Годом робототехники». Вся индустрия робототехники переживает бурный рост, при этом разнообразные сценарии применения определяют различные технологические пути и требования как к программному, так и к аппаратному обеспечению. Соответственно, требования и методы реализации управления движением в реальном времени различаются. Используя глубокое понимание рынка робототехники, APQ разработала целевые решения для оптимизации управления в реальном времени.
01
Различные пути развития робототехнических технологий и выбор платформ обработки
Двуногие гуманоидные роботы имеют человекоподобную конструкцию, которая обеспечивает превосходную адаптацию к сложной местности и координацию движений всего тела. Этим роботам обычно требуется управление движением по 38–70 осям, что означает чрезвычайно высокие требования к работе в режиме реального времени и частоту циклов управления до 1000 Гц. APQ использует высокопроизводительные процессоры X86 с программной настройкой для удовлетворения этих требований.
В отличие от этого, колесные или базовые роботы используют более легкую конструкцию шасси, что обеспечивает более высокие преимущества в плане контроля затрат, эффективности движения и времени автономной работы. Они, как правило, обладают около 30 степенями свободы и менее требовательны к вычислительным мощностям в реальном времени, но более чувствительны к энергопотреблению. Для этой категории роботов APQ использует маломощные и недорогие платформы, такие как Intel® N97 или J6412, для создания комплексных решений. Это позволяет достичь баланса между энергоэффективностью и стоимостью, используя при этом богатую экосистему разработки платформы X86 для удовлетворения строгих требований к производительности, стабильности, интеграции и компактности систем управления в реальном времени.
02
Пример оптимизации управления EtherCAT в реальном времени от APQ
Фон приложения
Колесные/базовые роботы обычно используются для управления сложными траекториями, многокоординатного взаимодействия, движения с использованием визуального контроля и других подобных задач. Их системы управления должны поддерживать:
-
Высокоскоростная шина связи EtherCATдля синхронизированного сервоуправления
-
ОС жесткого реального временидля субмиллисекундного отклика
-
Компактный промышленный дизайнподходит для плотной проводки или пространства в шкафу
-
Расширяемые портывключая несколько последовательных и LAN-портов для интеграции разнообразных периферийных устройств
Один из клиентов, разрабатывавший многоосевого робота, требовал поддержки EtherCAT и высокой производительности в режиме реального времени. Однако тестирование с платформой N97 и сервоприводами показало, что цикл связи EtherCAT не мог опускаться ниже 50 мкс, что создавало узкие места для массового производства.
Подход к оптимизации в реальном времени
Используя платформы N97 и J6412, APQ выполнила полную настройку на системном уровне в режиме реального времени. Пример процесса для платформы N97:
1. Переключение ОС на среду Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + ядро Linux 5.15
-
Патч в реальном времени: Xenomai 3.2 (совместимый с LinuxCNC)
-
Совместимость проверена на соответствие устаревшим потребностям клиента (ядро 4.19 + Xenomai 3.1)
Шаги настройки в реальном времени:
а) настройка BIOS
б) Оптимизация параметров ядра в реальном времени (ECI)
c) Настройка параметров командной строки (ECI)
г) Глубокая настройка на уровне ОС
e) Измерения задержки/джиттера
2. Стандартный рабочий процесс тестирования в реальном времени:
-
Инструменты:Модули тестирования задержек, тактовой частоты, LinuxCNC
-
Цели:
-
Задержка: максимальная задержка < 40 мкс
-
Тест часов: дрейф ≈ 0 (третий столбец результата близок к нулю)
-
-
Исполнение:Несколько раундов тестирования партий оборудования (включая J6412 для сравнения)
Результат теста:
В среде Linux Xenomai время цикла управления и джиттер значительно улучшились. Задержка оставалась менее 40 мкс на протяжении всего периода, а дрейф тактовой частоты приблизился к нулю, что соответствует требованиям приложения.
Результаты реального применения
Многоосное управление роботизированной рукой
Испытание:
Для синхронизированной сварки по 8 осям требовалась синхронизация на уровне микросекунд; традиционные решения приводили к дрейфу и ошибкам траектории.
Оптимизация:
-
J6412 с Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN напрямую к сервоприводу EtherCAT
-
Выделенные ядра обработки в реальном времени Isolcpus
Результаты:
-
Точность синхронизации:Дрейф часового теста ≤ 0,05 мкс; Максимальное отклонение траектории < 0,1 мм
-
Гарантия в реальном времени:72 часа непрерывной работы, пиковая задержка ≤ 38 мкс
-
Снижение затрат:На 35% дешевле, на 60% меньше энергопотребления по сравнению с решением i5
Управление движением четвероногого робота-собаки
Испытание:
Для динамической балансировки 12 соединений необходима обратная связь на уровне мкс; задержка устаревшей системы > 100 мкс приводила к нестабильности
Оптимизация:
-
N97 + Ксеномай 3.2
-
PREEMPT_RT + патч ECI
-
Cmdline изолировала 2 ядра ЦП для задач сервопривода
Результаты:
-
Низкая задержка:Цикл управления в пределах 500 мкс, задержка ≤ 35 мкс
-
Надежность:В тесте на восстановление при -20°C джиттер < ±8 мкс
-
Расширяемость:Датчик IMU через M.2; экономия энергии 60% по сравнению с решением на базе i3
Варианты развертывания
Для технически подкованных клиентов, ориентированных на производительность в реальном времени, APQ рекомендуетLinux + XenomaiРазвертывание. Для конечных пользователей, предпочитающих удобство «из коробки», APQ также предлагаетпредустановленные и оптимизированные образы системыс отладочной документацией — снижение барьеров при развертывании.
Поскольку роботы все чаще заменяют ручную работу,Стабильные и экономичные системы управления в реальном временистановятся критически важными для успеха. APQ удовлетворяет эту потребность, предлагая интегрированные аппаратно-программные решения, и продолжит углубляться в разработку периферийных вычислений и систем управления движением для робототехники, предоставляя большему числу промышленных клиентов стабильные, эффективные и легко интегрируемые встраиваемые платформы.
Если вас интересует наша компания и продукция, обращайтесь к нашему зарубежному представителю Робину.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Время публикации: 28 июля 2025 г.