Контроллер TER40J-A6 от APQ Flagship Embodied Intelligence для применения в двуногом человекоподобном роботе.
Двуногие человекоподобные роботы представляют собой кульминацию технологий воплощенного интеллекта. Их человекоподобная форма обеспечивает бесшовную адаптацию к рабочей среде человека, что открывает широкие перспективы их применения в промышленном производстве, коммерческих услугах и специальных операциях. Однако проблемы динамического равновесия, связанные с двуногой структурой, предъявляют к основной системе управления гораздо более высокие требования, чем у других типов роботов — она должна замыкать полный цикл восприятия, принятия решений и управления за миллисекунды.
После нескольких этапов оценки и тщательной проверки в полевых условиях заказчик в конечном итоге выбрал флагманский контроллер APQ с встроенным интеллектом, TER40J-A6, в качестве основной платформы управления для своего двуногого человекоподобного робота нового поколения.
Проблема клиента
Чрезвычайно высокий спрос на вычислительные ресурсы в сфере искусственного интеллекта:Двуногий человекоподобный робот должен в режиме реального времени обрабатывать многомодальные большие модели на периферии сети для выполнения сложных задач искусственного интеллекта, таких как распознавание окружающей среды, семантическое понимание и планирование задач, что требует производительности ИИ на уровне тысяч TOPS.
Синхронизированная многоканальная запись HD-видео:Для обеспечения кругового обзора на 360 градусов роботу требуется несколько HD-камер, поэтому контроллер должен поддерживать несколько интерфейсов камер GMSL2 и возможность синхронизации по времени с GNSS.
Сосуществование высокоскоростных сетей и промышленных сигналов в реальном времени:Для передачи больших объемов данных и извлечения обучающих данных требуется сеть класса 10GbE, а также поддержка промышленного протокола Ethernet EtherCAT для управления всеми двигателями шарниров робота.
Интегрированное управление в реальном времени с использованием «большого» и «малого» мозга:Для двуногой ходьбы требуются чрезвычайно короткие циклы управления движением. Задержка связи в традиционных архитектурах с «разделенным большим и малым мозгом» не может удовлетворить требованиям реального времени высокодинамичного двуногого передвижения, что делает необходимым использование интегрированной вычислительно-управляющей архитектуры.
Развитые интерфейсы промышленной связи:Контроллер должен одновременно взаимодействовать с сервомоторами шарниров, датчиками силы, инерциальными измерительными блоками (IMU), лидарами и другими устройствами, что требует наличия множества каналов CAN FD, последовательных портов, GPIO и других обширных интерфейсов.
Вибростойкость для работы в условиях высокой динамики:Во время высокодинамичных движений, таких как бег, прыжки и танцы, двуногий человекоподобный робот подвергается сильной вибрации и ударам, что требует от контроллера выдающейся антивибрационной конструкции и надежных интерфейсных структур блокировки.
Решение APQ
Производительность ИИ в 2070 терафлопс при интеграции функций «большого мозга» и «малого мозга»:TER40J-A6 оснащен модулем ядра NVIDIA Jetson Thor T5000, обеспечивающим производительность ИИ до 2070 TFLOPS (FP4 sparse). По сравнению с платформой Jetson AGX Orin, это качественный скачок — больше ядер ЦП и примерно в два-три раза более высокая производительность ЦП. Такой уровень вычислительной мощности позволяет двуногим человекоподобным роботам запускать крупномасштабные модели обработки изображений и языка, модели мультимодального восприятия и сложные алгоритмы планирования задач в режиме реального времени на периферии, обеспечивая по-настоящему сквозную интеллектуальную обработку от «восприятия» до «принятия решений».
8 интерфейсов камер GMSL2 для панорамной съемки:TER40J-A6 поставляется в стандартной комплектации с 8 интерфейсами камер GMSL2 и поддерживает синхронизацию времени GNSS. Эти восемь интерфейсов камер могут напрямую подключаться к нескольким HD-камерам, обеспечивая круговое (360 градусов) восприятие окружающей среды без слепых зон для двуногих человекоподобных роботов. Синхронизация времени GNSS обеспечивает точное выравнивание по нескольким потокам изображений, предоставляя высококачественную поддержку данных для основных функций, таких как SLAM-картирование, отслеживание целей и динамическое предотвращение столкновений с препятствиями.
Единая вычислительно-управляющая архитектура, устраняющая разделение на «большой мозг» и «малый мозг»:Созданный на платформе Jetson Thor, контроллер TER40J-A6 позиционируется как флагманский интегрированный контроллер «большой мозг/малый мозг» для воплощенного интеллекта. Он не только выполняет роль «большого мозга» в восприятии и принятии решений ИИ, но и берет на себя роль «малого мозга» в управлении движением в реальном времени благодаря своим богатым промышленным коммуникационным интерфейсам, действительно реализуя единую архитектуру «большой мозг/малый мозг». Эта архитектура принципиально устраняет задержку управления, вызванную задержкой связи в традиционных решениях с раздельными функциями «большой мозг + малый мозг», и обеспечивает надежную аппаратную основу для высокодинамичного управления в реальном времени при двуногом передвижении.
Комплексная модернизация системы промышленной связи для интеграции нескольких устройств:Робот TER40J-A6 прошел комплексное обновление интерфейса для применения в двуногих человекоподобных роботах: 2 порта 10GbE + 4 независимых порта Gigabit Ethernet (некоторые из портов Gigabit поддерживают EtherCAT): порты 10GbE позволяют быстро извлекать большие объемы обучающих данных, обеспечивая высококачественный материал для непрерывной итерации и оптимизации алгоритмов искусственного интеллекта. Гигабитные порты могут быть выделены для связи с сервоприводами суставов, доступа к LiDAR и связи с бэкэндом, что позволяет разделять трафик без перегрузки; 4 канала CAN FD: прямое взаимодействие с системой привода сервоприводов суставов двуногого человекоподобного робота для достижения высокоточной синхронизированной многоосевой системы управления; 2 порта RS232/RS485: стабильное подключение периферийных устройств, таких как датчики силы и IMU; 16 каналов GPIO: обеспечивают расширение для вывода сигналов тревоги, индикации состояния и других интерфейсов исполнительных механизмов; дополнительные интерфейсы I2C, SPI, TTL, PPS_IN и 2 интерфейса PWM для удовлетворения глубоких требований к настройке; 3 порта USB 10 Гбит/с + 1 порт USB 5 Гбит/с для подключения высокоскоростных накопителей, промышленных камер, голосовых модулей, радаров, датчиков силы и других устройств; 1 интерфейс HDMI для локальной отладки и визуализации.
Полнофункциональная антивибрационная конструкция для работы в условиях высокой динамики:Во время динамичных действий, таких как бег, прыжки и танцы, контроллер двуногого человекоподобного робота подвергается непрерывной высокоинтенсивной вибрации и ударам. TER40J-A6 имеет полноценную, систематическую антивибрационную конструкцию на уровне интерфейсов: интерфейсы камер GMSL оснащены встроенными защелками для обеспечения надежного соединения нескольких HD-камер во время интенсивных движений; сетевые интерфейсы имеют форм-фактор Mini I/O и также оснащены механизмами блокировки, обеспечивая превосходную виброустойчивость по сравнению с традиционными разъемами RJ45; интерфейсы USB имеют зарезервированные места для винтового крепления вокруг портов, что позволяет дополнительно усилить кабели; эта комплексная схема интерфейсов гарантирует, что контроллер может стабильно поддерживать прототипы роботов при выполнении сложных, высокодинамичных и высокоинтенсивных действий, таких как танцы и сальто.
Беспроводное расширение и надежность промышленного уровня:TER40J-A6 поддерживает слот M.2 Key-M для расширения NVMe SSD, слот M.2 Key-B для расширения модуля 4G/5G и слот M.2 Key-E для расширения модуля Wi-Fi/Bluetooth. Для удобства обслуживания и обновления на боковой стороне предусмотрены зарезервированные интерфейсы отладки и прошивки, а также слот для SIM-карты. Габариты устройства составляют всего 168,2 × 130 × 72,6 мм, используется интеллектуальное активное вентиляторное охлаждение, поддерживается широкий диапазон входного напряжения 12–28 В постоянного тока, обеспечивает диапазон рабочих температур от -20 до 50°C и диапазон температур хранения от -40 до 80°C, а также прошло строгие испытания на вибрацию и ударопрочность.
Ценовые достижения:
Полный прорыв в решении проблемы узкого места в вычислительной технике:Благодаря сверхвысокой производительности ИИ в 2070 ТФЛОПС, многомодальные большие модели могут работать в режиме реального времени на периферии сети. Скорость отклика для сложных задач ИИ, таких как восприятие окружающей среды, семантическое понимание и планирование задач, совершила качественный скачок по сравнению с традиционными решениями, обеспечивая мощную вычислительную основу для эволюции двуногих человекоподобных роботов от просто «способных ходить» к «способным думать и принимать решения».
Объединенная контрольная задержка для большого и малого мозга, близкая к нулю:Интегрированная вычислительно-управляющая архитектура платформы Jetson Thor полностью устраняет задержку связи, характерную для традиционных решений с раздельными «большим и малым мозгом». Команды управления движением для двуногой ходьбы могут замыкать цикл от восприятия до выполнения за наносекунды, значительно повышая устойчивость ходьбы и скорость динамической реакции.
Панорамное восприятие без слепых зон:Восемь интерфейсов камер GMSL2 в сочетании с синхронизацией времени GNSS обеспечивают точное получение и временное выравнивание нескольких потоков HD-изображений, что позволяет роботу осуществлять круговой обзор на 360 градусов в различных сценариях, таких как распознавание сложного рельефа, динамическое предотвращение столкновений с препятствиями и отслеживание целей.
Высокоскоростная связь и управление в реальном времени:Два порта 10GbE обеспечивают высокоскоростную агрегацию HD-видео и данных восприятия, что позволяет быстро извлекать обучающие данные для больших моделей и поддерживать непрерывную оптимизацию алгоритмов ИИ. Четыре порта GbE поддерживают EtherCAT, обеспечивая управление двигателями суставов в режиме реального времени с точностью до микросекунды.
Полнофункциональная антивибрационная защита для задач с высокой динамикой:Многочисленные меры по борьбе с вибрацией, включая защелкивающиеся разъемы GMSL, фиксирующие сетевые порты Mini I/O и винтовые крепления вокруг интерфейсов USB, обеспечивают стабильную работу контроллера во время высокодинамичных действий, таких как бег, прыжки и танцы, что принципиально решает давние проблемы традиционных решений, где вибрация приводит к ослаблению соединений и кратковременным прерываниям сигнала.
Интеграция нескольких устройств на единой платформе, значительно упрощающая архитектуру системы:Широкий набор интерфейсов, включая 4× CAN FD, 2× RS232/485, 16× GPIO и I2C/SPI/PPS, обеспечивает подключение сервоприводов шарниров, датчиков силы, инерциальных измерительных блоков (IMU), лидаров, HD-камер и других устройств на одной платформе. Полное развертывание системы может быть выполнено без дополнительных модулей расширения, что значительно снижает сложность интеграции системы и стоимость комплектующих.
