Riešenie

Prípadová štúdia aplikácie: APQ TER30R-A2 pre štvornohého robota

Vďaka biomimetickej lokomócii a silnej prispôsobivosti zložitému terénu sa štvornohé roboty rýchlo využívajú na kontrolu energie, hliadky verejnej bezpečnosti, hasičské a záchranné akcie a dohľad nad priemyselnými parkami. V reálnom svete však ich systémy riadenia pohybu čelia viacerým výzvam. Riadiaca jednotka musí zostať stabilná pri vysokofrekvenčných vibráciách a náhlych zmenách polohy, musí synchronizovať viac ako 12 kĺbových motorov s vysokou presnosťou a musí umiestniť vysokovýkonné výpočty do vysoko obmedzenej telesnej dutiny, kde záleží na každom milimetri priestoru.

Po viacerých kolách hodnotenia produktu a dôkladnom testovaní v teréne si zákazník vybral ovládač pohybu „cerebellum“ APQ TER30R-A2 s integrovanou inteligenciou ako základnú jednotku riadenia pohybu pre svojho štvornohého robota novej generácie.

Výzva pre zákazníkov

Požiadavky na prísne riadenie pohybu v reálnom čase:Beh, skákanie a otáčanie kladú prísne požiadavky na riadiaci cyklus. Pri riadiacej frekvencii 1 000 Hz musí chvenie systému zostať pod 20 μs, aby sa zabezpečila presná a plynulá synchronizácia medzi viacerými kĺbmi.
Integrácia zariadení s viacerými rozhraniamiSystém musí súčasne pripojiť LiDAR, hĺbkové kamery, IMU, viac ako 12 kĺbových motorov a viacero senzorov, čo si vyžaduje riadiacu jednotku s rozsiahlymi priemyselnými I/O zdrojmi.
Ultrakompaktné priestorové obmedzenia:Priestor vo vnútri trupu robota a kĺbových priestorov je extrémne obmedzený. Riadiaca jednotka musí poskytovať požadovaný výkon v ultratenkej, kompaktnej forme, ktorá ponecháva viac miesta pre batérie, senzory a ďalšie funkčné moduly.
Odolnosť voči vibráciám a nárazom:Počas behu, skákania a prekonávania prekážok je robot neustále vystavený silným vibráciám a nárazom. Preto je potrebný integrovaný dizajn na úrovni dosky, aby sa zabránilo uvoľneniu konektorov v dôsledku vibrácií.
Ľahké okrajové výpočty s umelou inteligenciou:Riadiaca jednotka tiež vyžaduje schopnosť inferencie edge AI na spúšťanie jednoduchých algoritmov na rozpoznávanie terénu, dynamické vyhýbanie sa prekážkam a podobné inteligentné funkcie.

Riešenie APQ

Presné riadenie pohybu s 36-osovou synchronizáciou:TER30R-A2 je poháňaný osemjadrovým 64-bitovým procesorom Rockchip RK3588 s integrovaným 6 TOPS NPU. Podporuje synchronizované riadenie až 36 osí. Pri riadiacej frekvencii 1 000 Hz zostáva chvenie systému pod 20 μs. Či už koordinujete viacero kĺbov počas behu, vykonávate rýchle otáčky alebo prechádzate zložitým terénom, riadiaca jednotka poskytuje presné a plynulé riadenie pohybu a poskytuje stabilný a spoľahlivý základ pre dynamické operácie štvornohého robota.

Bohatý I/O systém pre integráciu viacerých zariadení:TER30R-A2 sa vyznačuje účelovou architektúrou I/O pre štvornohé robotické systémy, ktorá konsoliduje kĺbové pohony, snímacie zariadenia, priemyselné siete a rozhrania akčných členov v jednom ovládači.
· 4 × porty CAN FD: Priame pripojenie k viac ako 12 kĺbovým motorom a ich pohonným systémom pre vysoko presné viacosové synchronizované riadenie.
· 3 × gigabitové ethernetové porty: podpora EtherCAT pre deterministickú priemyselnú ethernetovú komunikáciu v reálnom čase.
· 1 × port 2,5 GbE + 1 × port GbE: Port 2,5 GbE poskytuje vysokorýchlostné prepojenie s ovládačom vnímania, zatiaľ čo port GbE podporuje vstup údajov z mračna bodov LiDAR.
· 8 × USB rozhrania (3 × USB 5 Gbps Type-C, 1 × USB 2.0 Type-C a 4 × interné USB 2.0 konektory): Podpora súčasného pripojenia LiDAR, hĺbkových kamier, nástrojov na uvedenie do prevádzky a ďalších periférií.
· 4 × prepínateľné sériové porty RS-232/RS-485: Spoľahlivé pripojenie pre IMU, ultrazvukové senzory a ďalšie periférie.
· 8 × GPIO + 2 × PWM kanály: Flexibilné rozšírenie pre ovládanie osvetlenia, alarmové výstupy a ďalšie rozhrania akčných členov.
· 1 × HDMI výstup + 1 × audio rozhranie: Vhodné pre lokálne uvedenie do prevádzky a vizualizáciu stavu.
Ultrakompaktný dizajn pre flexibilnú integráciu:S rozmermi iba 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm je ovládač mimoriadne kompaktný a jeho hrúbka sa zhruba rovná priemeru mince. Jeho celohliníkové puzdro umožňuje montáž pomocou konzol a možno ho jednoducho integrovať do trupu robota alebo do kĺbových priestorov, čím sa zachová cenný priestor pre batérie, senzory a ďalšie moduly. Integrované úložisko a pamäť eliminujú riziko uvoľnenia konektorov spôsobené vibráciami a zaisťujú stabilnú prevádzku počas dynamického behu a misií v zložitom teréne.
Bezdrôtové rozšírenie pre rôzne nasadenia:Ovládač poskytuje slot M.2 Key-B (USB 5 Gbps, formát 3042/3052, so slotom Nano-SIM) pre moduly 4G/5G, ako aj slot M.2 Key-E (PCIe 2.0 ×1 + USB 2.0) pre moduly Wi-Fi/Bluetooth. Či už je nasadený na vzdialených rozvodniach alebo na hliadky v mestských priemyselných parkoch, umožňuje pripojenie v reálnom čase ku cloudovým platformám a veliteľským centrám.
Spoľahlivosť priemyselnej úrovne pre vysoko intenzívne dynamické operácie:TER30R-A2 je navrhnutý pre prostredie mobilných robotov s vysokými vibráciami a nárazmi a zároveň poskytuje prevádzku v širokom rozsahu teplôt, široký rozsah napájacieho napätia a pohodlnú údržbu na mieste.
· Prevádzková teplota: -10 °C až 50 °C; skladovacia teplota: -40 °C až 80 °C.
· Overené testovaním náhodných vibrácií 3G a nárazov 30G pre spoľahlivú prevádzku počas behu, skákania a prekonávania prekážok.
· Širokopásmový vstup 12 – 28 V DC podporuje batériové systémy robotov s rôznymi menovitými napätiami.
· Predný panel integruje vypínač, tlačidlo na obnovenie systému, tlačidlo na resetovanie systému a indikátory stavu pre efektívne uvedenie do prevádzky a údržbu na mieste.

Hodnotové úspechy:

Presné a plynulé ovládanie pohybu:Riadiaca slučka s frekvenciou 1 000 Hz a chvením systému pod 20 μs umožňuje synchronizované 36-osové riadenie, presné riadenie kĺbových motorov pre prirodzený beh, skákanie a otáčanie a zároveň udržiava stabilnú polohu v zložitom teréne.

Integrácia viacerých zariadení typu všetko v jednom:4 × CAN FD, 3 × Ethernet s podporou EtherCAT, 8 × USB a 4 × sériové porty umožňujú priamu integráciu kĺbových motorov, LiDAR, hĺbkových kamier, IMU a ďalších zariadení bez dodatočných rozširujúcich modulov, čo výrazne zjednodušuje architektúru systému..
Kompaktné nasadenie uvoľňuje cenný priestor:Ultrakompaktný tvar s rozmermi 118,2 mm × 128,5 mm × 35 mm sa ľahko zmestí do trupu robota, čím ponechá viac miesta pre batérie, senzory a ďalšie funkčné moduly.
Stabilný a spoľahlivý pri vysokointenzívnom pohybe:Integrovaný dizajn na úrovni dosky minimalizuje riziká pripojenia súvisiace s vibráciami, zatiaľ čo validácia vibrácií 3G a nárazov 30G zaisťuje spoľahlivú prevádzku počas behu, skákania a prekonávania prekážok.

Ľahké okrajové výpočty s umelou inteligenciou:Integrovaný 6-bodový NPU podporuje ľahkú inferenciu umelej inteligencie na okraji pre rozpoznávanie terénu, dynamické vyhýbanie sa prekážkam a podobné funkcie, čím poskytuje výpočtový základ pre vývoj štvornožných robotov od autonómneho pohybu k autonómnemu rozhodovaniu.