Zaradi tehnoloških prebojev in sodelovanja v celotni panogi leto 2025 na splošno velja za »leto robotike«. Celotna robotska industrija doživlja eksplozivno rast, pri čemer različni scenariji uporabe vodijo do različnih tehnoloških poti in zahtev tako po programski kot strojni opremi. Posledično se zahteve in metode izvedbe za krmiljenje gibanja v realnem času razlikujejo. APQ je s poglobljenim razumevanjem robotskega sektorja razvil ciljno usmerjene rešitve za optimizacijo krmiljenja v realnem času.
01
Različne poti robotske tehnologije in izbira procesne platforme
Dvonožni humanoidni roboti imajo človeško podobno zasnovo, ki jo odlikuje prilagodljivost kompleksnemu terenu in usklajeno delovanje celotnega telesa. Ti roboti običajno zahtevajo od 38 do 70 osi krmiljenja gibanja, kar pomeni izjemno visoke zahteve v realnem času in krmilne cikle do 1000 Hz. APQ uporablja visokozmogljive procesorje X86 s programsko nastavitvijo za izpolnjevanje teh zahtev v realnem času.
Nasprotno pa imajo kolesni ali osnovni roboti lažjo zasnovo šasije, kar ponuja večje prednosti pri nadzoru stroškov, učinkovitosti gibanja in življenjski dobi baterije. Ti imajo običajno približno 30 stopenj svobode in manjše zahteve po računanju v realnem času, vendar so bolj občutljivi na porabo energije. V tej kategoriji APQ uporablja nizkoenergijske in cenovno ugodne platforme, kot sta Intel® N97 ali J6412, za izdelavo celovitih rešitev. To uravnoteži energetsko učinkovitost in stroške, hkrati pa izkorišča bogat razvojni ekosistem platforme X86 za izpolnjevanje strogih zahtev glede delovanja, stabilnosti, integracije in kompaktnosti krmilnega sistema v realnem času.
02
Študija primera optimizacije krmiljenja v realnem času EtherCAT podjetja APQ
Ozadje uporabe
Kolesni/osni roboti se običajno uporabljajo pri kompleksnem nadzoru trajektorije, večosnem povezovanju, vizualno vodenem gibanju in podobnih aplikacijah. Njihovi krmilni sistemi morajo podpirati:
-
Visokohitrostna komunikacija prek vodila EtherCATza sinhronizirano servo krmiljenje
-
Operacijski sistem s trdim realnim časomza odziv v manj kot milisekundah
-
Kompaktna industrijska zasnovaprimerno za tesno ožičenje ali prostor v omarici
-
Razširljiva vratavključno z več serijskimi in LAN vrati za raznoliko integracijo perifernih naprav
Ena stranka, ki je razvijala večosnega robota, je potrebovala podporo za EtherCAT in visoko zmogljivost v realnem času. Vendar pa je testiranje s platformo N97 in servo gonilniki pokazalo, da komunikacijski cikel EtherCAT ni mogel doseči manj kot 50 μs, kar je ustvarilo kritično ozko grlo za masovno proizvodnjo.
Pristop k optimizaciji v realnem času
Z uporabo platform N97 in J6412 je APQ izvedel popolno uglaševanje v realnem času na ravni sistema. Primer postopka za platformo N97:
1. OS preklopite na okolje Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + jedro Linuxa 5.15
-
Popravek v realnem času: Xenomai 3.2 (združljiv z LinuxCNC)
-
Združljivost preizkušena za potrebe odjemalca s starejšimi različicami (jedro 4.19 + Xenomai 3.1)
Koraki uglaševanja v realnem času:
a) Nastavitev BIOS-a
b) Optimizacija parametrov jedra v realnem času (ECI)
c) Nastavitev parametrov ukazne vrstice (ECI)
d) Globoka prilagoditev na ravni operacijskega sistema
e) Meritve zakasnitve/tresenja
2. Standardni potek dela za testiranje v realnem času:
-
Orodja:Testni moduli zakasnitve, Clocktest, LinuxCNC
-
Cilji:
-
Zakasnitev: Največja zakasnitev < 40 μs
-
Preizkus ure: Zamik ≈ 0 (rezultat tretjega stolpca blizu ničle)
-
-
Izvedba:Več krogov testiranja v različnih serijah strojne opreme (vključno z J6412 za primerjavo)
Rezultat testa:
V okolju Linux Xenomai sta se čas krmilnega cikla in tresenje znatno izboljšala. Latenca je ves čas ostala pod 40 μs, medtem ko se je premik takta približal ničli – kar je izpolnilo zahteve aplikacije.
Rezultati uporabe v resničnem svetu
Večosno upravljanje robotske roke
Izziv:
8-osno sinhronizirano varjenje je zahtevalo sinhronizacijo na ravni μs; tradicionalne rešitve so povzročale napake zaradi odnašanja in trajektorije.
Optimizacija:
-
J6412 z Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN neposredno na EtherCAT servo
-
Isolcpus namenska jedra za obdelavo v realnem času
Rezultati:
-
Natančnost sinhronizacije:Zamik taktnega preizkusa ≤ 0,05 μs; Največje odstopanje trajektorije < 0,1 mm
-
Zagotavljanje v realnem času:72 ur neprekinjenega delovanja, največja latenca ≤ 38 μs
-
Znižanje stroškov:35 % nižji stroški, 60 % manjša poraba energije kot rešitev i5
Nadzor gibanja štirinožnega robotskega psa
Izziv:
12-člensko dinamično uravnoteženje je zahtevalo povratno zanko na ravni μs; latenca starejšega sistema > 100 μs je povzročala nestabilnost
Optimizacija:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + popravek ECI
-
Cmdline je izoliral 2 jedri procesorja za servo naloge
Rezultati:
-
Nizka zakasnitev:Krmilni cikel znotraj 500 μs, zakasnitev ≤ 35 μs
-
Robustnost:Pri testu okrevanja pri -20 °C, tresenje < ±8 μs
-
Razširljivost:Senzor IMU prek M.2; 60 % prihranek energije v primerjavi z rešitvijo na osnovi i3
Možnosti uvajanja
Za tehnično sposobne stranke, osredotočene na delovanje v realnem času, APQ priporočaLinux + Xenomaiuvajanje. Za končne uporabnike, ki imajo raje udobje takojšnje namestitve, APQ ponuja tudivnaprej nameščene in optimizirane sistemske slikez dokumentacijo za odpravljanje napak – zniževanje ovir za uvajanje.
Ker roboti vse bolj nadomeščajo ročna opravila,sistemi krmiljenja v realnem času, stabilni in stroškovno učinkovitipostanejo ključnega pomena za uspeh. APQ to potrebo zadovoljuje z integriranimi strojno-programskimi rešitvami in bo še naprej poglabljal svojo osredotočenost na robotsko robno računalništvo in nadzor gibanja – s čimer bo več industrijskih strank opolnomočil s stabilnimi, učinkovitimi in enostavno integriranimi vgrajenimi platformami.
Če vas zanima naše podjetje in izdelki, se obrnite na našega predstavnika v tujini, Robina.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Čas objave: 28. julij 2025