Благодаря технологическим прорывам и общеотраслевому сотрудничеству, 2025 год широко рассматривается как «Год робототехники». Вся робототехническая отрасль переживает взрывной рост, а разнообразные сценарии применения определяют различные технологические пути и требования как к программному, так и к аппаратному обеспечению. Следовательно, требования и методы реализации управления движением в реальном времени различаются. Используя глубокое понимание сектора робототехники, компания APQ разработала целевые решения для оптимизации управления в реальном времени.
01
Различные пути развития роботизированных технологий и выбор платформ обработки данных
Двуногие человекоподобные роботы отличаются человекоподобным дизайном, превосходно адаптируются к сложной местности и обеспечивают скоординированное управление всем телом. Как правило, таким роботам требуется от 38 до 70 осей управления движением, что означает чрезвычайно высокие требования к времени выполнения и циклам управления до 1000 Гц. Компания APQ использует высокопроизводительные процессоры X86 с программной настройкой для удовлетворения этих требований к времени выполнения.
В отличие от них, колесные или базовые роботы имеют более легкую конструкцию шасси, что обеспечивает большие преимущества в плане контроля затрат, эффективности движения и времени автономной работы. Как правило, они обладают примерно 30 степенями свободы и меньшей потребностью в вычислениях в реальном времени, но более чувствительны к энергопотреблению. Для этой категории APQ использует маломощные и недорогие платформы, такие как Intel® N97 или J6412, для создания комплексных решений. Это позволяет сбалансировать энергоэффективность и стоимость, используя богатую экосистему разработки платформы X86 для удовлетворения жестких требований к производительности, стабильности, интеграции и компактности системы управления в реальном времени.
02
Пример оптимизации управления в реальном времени с использованием EtherCAT от APQ.
История приложения
Колесные/базовые роботы обычно используются в системах управления сложной траекторией, многоосевых системах, системах визуального управления движением и аналогичных приложениях. Их системы управления должны поддерживать:
-
Высокоскоростная шинная связь EtherCATдля синхронизированного сервоуправления
-
Операционная система с жестким ограничением времени реального временидля отклика менее миллисекунды
-
Компактный промышленный дизайнподходит для ограниченного пространства для проводки или размещения в шкафах.
-
Расширяемые портывключая множество последовательных и сетевых портов для интеграции различных периферийных устройств.
Один из клиентов, разрабатывающий многоосевого робота, нуждался в поддержке EtherCAT и высокой производительности в реальном времени. Однако тестирование с платформой N97 и драйверами сервоприводов показало, что цикл связи EtherCAT не может быть меньше 50 мкс, что создает критическое узкое место для массового производства.
Подход к оптимизации в реальном времени
Используя платформы N97 и J6412, компания APQ выполнила полную настройку системы в режиме реального времени. Пример процесса для платформы N97:
1. Переключение ОС на среду Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + ядро Linux 5.15
-
Патч для работы в реальном времени: Xenomai 3.2 (совместим с LinuxCNC)
-
Проверено на совместимость с устаревшими системами клиента (ядро 4.19 + Xenomai 3.1).
Этапы настройки в реальном времени:
а) Настройка BIOS
б) Оптимизация параметров ядра в реальном времени (ECI)
c) Настройка параметров командной строки (ECI)
d) Глубокая настройка на уровне операционной системы
e) Измерения задержки/дрожания
2. Стандартный рабочий процесс тестирования в реальном времени:
-
Инструменты:Модули тестирования задержки, тактовой частоты и LinuxCNC
-
Цели:
-
Задержка: Максимальная задержка < 40 мкс
-
Тест часов: Дрейф ≈ 0 (результат в 3-м столбце близок к нулю)
-
-
Исполнение:Многократное тестирование различных партий оборудования (включая J6412 для сравнения).
Результат теста:
В среде Linux Xenomai значительно улучшились время цикла управления и дрожание сигнала. Задержка оставалась ниже 40 мкс на протяжении всего процесса, а дрейф тактовой частоты приближался к нулю, что соответствовало требованиям приложения.
Результаты применения в реальных условиях
Управление многоосевой роботизированной рукой
Испытание:
Для 8-осевой синхронизированной сварки требовалась синхронизация на уровне микросекунд; традиционные решения приводили к дрейфу и ошибкам траектории.
Оптимизация:
-
J6412 с Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4 гигабитных LAN-порта напрямую к сервоприводу EtherCAT
-
Isolcpus — выделенные ядра для обработки данных в реальном времени.
Результаты:
-
Точность синхронизации:Дрейф тактовой частоты ≤ 0,05 мкс; максимальное отклонение траектории < 0,1 мм
-
Гарантия в режиме реального времени:72 часа непрерывной работы, пиковая задержка ≤ 38 мкс
-
Снижение затрат:На 35% ниже стоимость, на 60% меньше энергопотребления, чем у решений на базе i5.
Управление движением четвероногого робота-собаки
Испытание:
Для динамической балансировки 12 суставов требовалась обратная связь на уровне микросекунд; задержка в устаревших системах > 100 мкс вызывала нестабильность.
Оптимизация:
-
N97 + Ксеномай 3.2
-
PREEMPT_RT + патч ECI
-
Изолированные по командной строке 2 ядра ЦП для задач управления сервоприводами
Результаты:
-
Низкая задержка:Цикл управления в пределах 500 мкс, задержка ≤ 35 мкс.
-
Устойчивость:В ходе теста на восстановление при -20°C дрожание сигнала составляет < ±8 мкс.
-
Расширяемость:Датчик IMU через M.2; экономия энергии на 60% по сравнению с решением на базе i3.
Варианты развертывания
Для технически подкованных клиентов, ориентированных на работу в режиме реального времени, APQ рекомендуетLinux + Xenomaiразвертывание. Для конечных пользователей, предпочитающих удобство использования «из коробки», APQ также предлагаетпредустановленные и оптимизированные образы системыс отладочной документацией — снижение барьеров для развертывания.
Поскольку роботы все чаще заменяют ручные задачи,системы управления, работающие в режиме реального времени, стабильные и экономически эффективные.становятся критически важными для успеха. APQ удовлетворяет эту потребность с помощью интегрированных аппаратно-программных решений и будет продолжать углублять свою специализацию на роботизированных периферийных вычислениях и управлении движением, предоставляя все большему числу промышленных клиентов стабильные, эффективные и легко интегрируемые встраиваемые платформы.
Если вас заинтересовала наша компания и продукция, пожалуйста, свяжитесь с нашим зарубежным представителем, Робином.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Дата публикации: 28 июля 2025 г.