Vďaka technologickým prielomom a spolupráci v celom odvetví je rok 2025 všeobecne považovaný za „Rok robotiky“. Celý robotický priemysel zažíva explozívny rast, pričom rôzne aplikačné scenáre vedú k odlišným technologickým cestám a požiadavkám na softvér aj hardvér. V dôsledku toho sa požiadavky a implementačné metódy riadenia pohybu v reálnom čase líšia. Spoločnosť APQ, ktorá využíva hlboké znalosti robotického sektora, vyvinula cielené riešenia optimalizácie riadenia v reálnom čase.
01
Výber odlišných trás robotických technológií a platformy na spracovanie
Bipedálne humanoidné roboty sa vyznačujú ľudským dizajnom, ktorý vyniká prispôsobivosťou zložitému terénu a koordinovanými operáciami celého tela. Tieto roboty zvyčajne vyžadujú 38 až 70 osí riadenia pohybu, čo znamená extrémne vysoké požiadavky na reálny čas a riadiace cykly až do 1000 Hz. APQ používa vysokovýkonné procesory X86 so softvérovým ladením, aby spĺňali tieto požiadavky na reálny čas.
Naproti tomu kolesové alebo základné roboty majú ľahšiu konštrukciu podvozku, ktorá ponúka väčšie výhody v oblasti kontroly nákladov, efektivity pohybu a výdrže batérie. Tieto roboty majú zvyčajne okolo 30 stupňov voľnosti a nižšie nároky na výpočty v reálnom čase, ale sú citlivejšie na spotrebu energie. V tejto kategórii spoločnosť APQ využíva nízkonákladové platformy s nízkou spotrebou energie, ako napríklad Intel® N97 alebo J6412, na vytváranie kompletných riešení. To vyvažuje energetickú účinnosť a náklady a zároveň využíva bohatý vývojový ekosystém platformy X86 na splnenie prísnych požiadaviek na výkon, stabilitu, integráciu a kompaktnosť riadiaceho systému v reálnom čase.
02
Prípadová štúdia optimalizácie riadenia v reálnom čase EtherCAT od spoločnosti APQ
Pozadie aplikácie
Kolesové/základné roboty sa zvyčajne používajú v komplexnom riadení trajektórie, viacosovom prepojení, pohybe s vizuálnym navádzaním a podobných aplikáciách. Ich riadiace systémy musia podporovať:
-
Vysokorýchlostná zbernicová komunikácia EtherCATpre synchronizované servo riadenie
-
OS s tvrdým reálnym časompre odozvu v priebehu milisekundy
-
Kompaktný priemyselný dizajnvhodné pre stiesnené zapojenie alebo priestor v skrinke
-
Rozšíriteľné portyvrátane viacerých sériových a LAN portov pre rôznorodú integráciu periférií
Jeden klient, ktorý vyvíjal viacosového robota, požadoval podporu EtherCAT a vysoký výkon v reálnom čase. Testovanie s platformou N97 a servo ovládačmi však ukázalo, že komunikačný cyklus EtherCAT nemohol dosiahnuť menej ako 50 μs, čo vytvorilo kritické úzke miesto pre hromadnú výrobu.
Prístup optimalizácie v reálnom čase
Pomocou platforiem N97 a J6412 spoločnosť APQ vykonala kompletné ladenie v reálnom čase na úrovni systému. Príklad procesu pre platformu N97:
1. Prepnutie OS na prostredie Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + Linuxové jadro 5.15
-
Oprava v reálnom čase: Xenomai 3.2 (kompatibilná s LinuxCNC)
-
Kompatibilita testovaná pre potreby klienta so staršími verziami (jadro 4.19 + Xenomai 3.1)
Kroky ladenia v reálnom čase:
a) Ladenie BIOSu
b) Optimalizácia parametrov jadra v reálnom čase (ECI)
c) Ladenie parametrov príkazového riadka (ECI)
d) Hlboké prispôsobenie na úrovni operačného systému
e) Merania latencie/jitteru
2. Štandardný pracovný postup testovania v reálnom čase:
-
Nástroje:Testovacie moduly Latency, Clocktest, LinuxCNC
-
Ciele:
-
Latencia: Maximálne oneskorenie < 40 μs
-
Test hodín: Drift ≈ 0 (výsledok 3. stĺpca blízky nule)
-
-
Vykonanie:Viaceré kolá testovania naprieč hardvérovými šaržami (vrátane J6412 ako porovnania)
Výsledok testu:
V prostredí Linux Xenomai sa výrazne zlepšil čas riadiaceho cyklu a jitter. Latencia zostala počas celého cyklu pod 40 μs, zatiaľ čo drift pri testovaní hodín sa blížil nule, čo spĺňa požiadavky aplikácie.
Výsledky aplikácií v reálnom svete
Ovládanie viacosového robotického ramena
Výzva:
8-osové synchronizované zváranie vyžadovalo synchronizáciu na úrovni μs; tradičné riešenia spôsobovali drift a chyby trajektórie.
Optimalizácia:
-
J6412 s Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN priamo do serva EtherCAT
-
Špecializované jadrá Isolcpus pre spracovanie v reálnom čase
Výsledky:
-
Presnosť synchronizácie:Posun testu hodín ≤ 0,05 μs; Maximálna odchýlka trajektórie < 0,1 mm
-
Zabezpečenie v reálnom čase:72h nepretržitej prevádzky, špičková latencia ≤ 38μs
-
Zníženie nákladov:O 35 % nižšie náklady, o 60 % menej energie ako riešenie s procesorom i5
Ovládanie pohybu štvornohého robotického psa
Výzva:
12-kĺbové dynamické vyváženie vyžadovalo spätnú väzbu na úrovni μs; latencia staršieho systému > 100 μs spôsobovala nestabilitu
Optimalizácia:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + záplata ECI
-
Cmdline izoloval 2 jadrá CPU pre úlohy servomotorov
Výsledky:
-
Nízka latencia:Riadiaci cyklus do 500 μs, latencia ≤ 35 μs
-
Robustnosť:Pri teste zotavenia pri -20 °C, jitter < ±8 μs
-
Rozšíriteľnosť:Senzor IMU cez M.2; 60 % úspora energie oproti riešeniu založenému na procesore i3
Možnosti nasadenia
Pre technicky zdatných klientov zameraných na výkon v reálnom čase APQ odporúčaLinux + Xenomainasadenie. Pre koncových používateľov, ktorí uprednostňujú pohodlie ihneď po vybalení z krabice, APQ tiež ponúkapredinštalované a optimalizované obrazy systémus ladiacou dokumentáciou – znižovanie bariér pri nasadzovaní.
Keďže roboty čoraz viac nahrádzajú manuálne úlohy,stabilné a nákladovo efektívne riadiace systémy v reálnom časestať sa kľúčovým faktorom úspechu. Spoločnosť APQ túto potrebu uspokojuje prostredníctvom integrovaných hardvérovo-softvérových riešení a bude naďalej prehlbovať svoje zameranie na robotické edge computing a riadenie pohybu – čím poskytne viac priemyselným klientom stabilné, efektívne a ľahko integrovateľné vstavané platformy.
Ak máte záujem o našu spoločnosť a produkty, neváhajte kontaktovať nášho zahraničného zástupcu Robina.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Čas uverejnenia: 28. júla 2025