Пример применения: APQ TER30R-A2 для четвероногого робота
Благодаря биомиметическому передвижению и высокой адаптивности к сложному рельефу местности, четвероногие роботы быстро находят применение в инспекции электросетей, патрулировании объектов общественной безопасности, тушении пожаров и спасательных работах, а также наблюдении за промышленными зонами. Однако в реальных условиях их системы управления движением сталкиваются с многочисленными проблемами. Контроллер должен оставаться стабильным при высокочастотной вибрации и резких изменениях положения, синхронизировать более 12 двигателей в суставах с высокой точностью и размещать высокопроизводительные вычислительные системы в крайне ограниченном пространстве тела, где важен каждый миллиметр.
После нескольких этапов оценки продукта и тщательных полевых испытаний заказчик выбрал контроллер управления движением APQ TER30R-A2 с «мозжечком» в качестве основного блока управления движением для своего четвероногого робота нового поколения.
Проблема клиента
Жесткие требования к управлению движением в реальном времени:Бег, прыжки и повороты предъявляют строгие требования к циклу управления. При частоте управления 1000 Гц дрожание системы должно оставаться ниже 20 мкс для обеспечения точной и плавной синхронизации между несколькими суставами.
Интеграция многоинтерфейсных устройствСистема должна одновременно подключать лидар, камеры глубины, инерциальный измерительный блок (IMU), более 12 шарнирных двигателей и множество датчиков, что требует контроллера с широкими ресурсами промышленного ввода-вывода.
Ограничения по пространству в условиях сверхкомпактных размеров:Пространство внутри туловища и суставных отсеков робота крайне ограничено. Контроллер должен обеспечивать требуемую производительность в сверхтонком, компактном форм-факторе, оставляя больше места для батарей, датчиков и других функциональных модулей.
Высокая вибро- и ударопрочность:Во время бега, прыжков и преодоления препятствий робот постоянно подвергается сильной вибрации и ударам. Поэтому для предотвращения ослабления разъемов под воздействием вибрации необходима интегрированная конструкция на уровне печатной платы.
Легковесные вычисления на периферии сети с использованием ИИ:Контроллеру также необходимы возможности обработки данных с помощью ИИ на периферии сети для запуска легковесных алгоритмов распознавания местности, динамического обхода препятствий и аналогичных интеллектуальных функций.
Решение APQ
Высокоточное управление движением с 36-осевой синхронизацией:TER30R-A2 работает на восьмиядерном 64-битном процессоре Rockchip RK3588 со встроенным нейронным процессором производительностью 6 TOPS. Он поддерживает синхронизированное управление до 36 осями. При частоте управления 1000 Гц дрожание системы остается ниже 20 мкс. Независимо от того, координирует ли контроллер несколько суставов во время бега, выполняет ли быстрые повороты или перемещается по сложной местности, он обеспечивает точное и плавное управление движением, создавая стабильную и надежную основу для динамичной работы четвероногого робота.
Расширенные возможности ввода-вывода для интеграции нескольких устройств:Контроллер TER30R-A2 имеет специально разработанную архитектуру ввода-вывода для четвероногих робототехнических систем, объединяя приводы суставов, устройства восприятия, промышленные сети и интерфейсы исполнительных механизмов в одном контроллере. • 4 порта CAN FD: прямое подключение к более чем 12 шарнирным двигателям и их приводным системам для высокоточного многоосевого синхронизированного управления. • 3 порта Gigabit Ethernet: поддержка EtherCAT для детерминированной связи в реальном времени в промышленных сетях Ethernet. · 1 порт 2,5 Гбит/с + 1 порт Гбит/с: порт 2,5 Гбит/с обеспечивает высокоскоростное соединение с контроллером восприятия, а порт Гбит/с поддерживает ввод данных облака точек LiDAR. • 8 интерфейсов USB (3 USB 5 Гбит/с Type-C, 1 USB 2.0 Type-C и 4 внутренних разъема USB 2.0): поддержка одновременного подключения LiDAR, камер глубины, инструментов для ввода в эксплуатацию и других периферийных устройств. • 4 переключаемых последовательных порта RS-232/RS-485: надежное подключение для инерциальных измерительных блоков, ультразвуковых датчиков и других периферийных устройств. • 8 каналов GPIO + 2 канала ШИМ: Гибкое расширение для управления освещением, вывода сигналов тревоги и других интерфейсов для исполнительных устройств. · 1 выход HDMI + 1 аудиоинтерфейс: удобно для локальной настройки и визуализации состояния.
Сверхкомпактный дизайн для гибкой интеграции:Контроллер, имеющий размеры всего 118,2 мм × 128,5 мм × 35 мм, исключительно компактен, его толщина примерно равна диаметру монеты. Полностью алюминиевый корпус позволяет устанавливать его на кронштейн и легко интегрировать в туловище робота или отсеки шарниров, экономя ценное пространство для батарей, датчиков и других модулей. Встроенная система хранения и памяти исключает риск ослабления разъемов из-за вибрации, обеспечивая стабильную работу во время динамичного движения и выполнения задач на сложном рельефе.
Расширение беспроводной связи для различных вариантов развертывания:Контроллер оснащен слотом M.2 Key-B (USB 5 Гбит/с, форм-факторы 3042/3052, со слотом для Nano-SIM) для модулей 4G/5G, а также слотом M.2 Key-E (PCIe 2.0 ×1 + USB 2.0) для модулей Wi-Fi/Bluetooth. Независимо от того, используется ли он на удаленных подстанциях или для патрулирования городских промышленных зон, он обеспечивает подключение в режиме реального времени к облачным платформам и командным центрам.
Надежность промышленного класса для высокоинтенсивных динамических операций:TER30R-A2 разработан для работы в условиях мобильной робототехники с высокой вибрацией и ударами, обеспечивая при этом широкий диапазон рабочих температур, широкий диапазон входного напряжения и удобное техническое обслуживание на месте. • Рабочая температура: от -10°C до 50°C; температура хранения: от -40°C до 80°C. • Проверено с помощью испытаний на случайную вибрацию 3G и ударную нагрузку 30G для обеспечения надежной работы во время бега, прыжков и преодоления препятствий. • Широкий диапазон входного напряжения 12-28 В постоянного тока поддерживает аккумуляторные системы роботов с различными номинальными напряжениями. • На передней панели расположены выключатель питания, кнопка восстановления системы, кнопка сброса системы и индикаторы состояния для эффективного ввода в эксплуатацию и технического обслуживания на месте.
Ценовые достижения:
Точное и плавное управление движением:Контур управления с частотой 1000 Гц и системным дрожанием менее 20 мкс обеспечивает синхронизированное управление по 36 осям, точно приводя в действие двигатели суставов для естественного бега, прыжков и поворотов, сохраняя при этом стабильную позу на сложном рельефе.
Интеграция нескольких устройств «под ключ»:4 порта CAN FD, 3 порта Ethernet с поддержкой EtherCAT, 8 портов USB и 4 последовательных порта позволяют напрямую интегрировать двигатели шарниров, лидары, камеры глубины, инерциальные измерительные блоки и другие устройства без дополнительных модулей расширения, что значительно упрощает архитектуру системы..
Компактное размещение освобождает ценное пространство:Сверхкомпактный форм-фактор 118,2 мм × 128,5 мм × 35 мм легко помещается внутри туловища робота, оставляя больше места для батарей, датчиков и других функциональных модулей.
Стабильная и надежная работа при интенсивном движении:Интегрированная конструкция на уровне платы минимизирует риски, связанные с вибрацией соединений, а проверка на устойчивость к вибрации 3G и ударам 30G гарантирует надежную работу во время бега, прыжков и преодоления препятствий.
Легковесные вычисления на периферии сети с использованием ИИ:Встроенный нейронный процессор с производительностью 6 TOPS поддерживает легковесный вывод данных с использованием ИИ на периферии сети для распознавания местности, динамического обхода препятствий и аналогичных функций, обеспечивая вычислительную основу для эволюции четвероногих роботов от автономного передвижения к автономному принятию решений.
