Med tekniska genombrott och branschövergripande samarbete ses 2025 allmänt som "Robotikens år". Hela robotindustrin upplever explosionsartad tillväxt, med olika tillämpningsscenarier som driver differentierade teknologiska vägar och krav på både programvara och hårdvara. Följaktligen varierar krav och implementeringsmetoder för rörelsestyrning i realtid. Med hjälp av en djup förståelse för robotsektorn har APQ utvecklat riktade lösningar för optimering av realtidsstyrning.
01
Divergerande robotteknologiska rutter och val av bearbetningsplattform
Tvåbenta humanoida robotar har en människoliknande design som utmärker sig i anpassningsförmåga till komplex terräng och helkroppskoordinerade operationer. Dessa robotar kräver vanligtvis 38 till 70 axlar för rörelsekontroll, vilket innebär extremt höga realtidskrav och kontrollcykler upp till 1000 Hz. APQ använder högpresterande X86-processorer med mjukvarujustering för att möta dessa realtidskrav.
Hjulförsedda robotar eller robotar av bastyp använder däremot en lättare chassikonstruktion, vilket ger större fördelar inom kostnadskontroll, rörelseeffektivitet och batteritid. Dessa har vanligtvis cirka 30 frihetsgrader och lägre behov av realtidsdatabehandling, men är mer känsliga för strömförbrukning. För denna kategori använder APQ plattformar med låg energiförbrukning och låg kostnad, såsom Intel® N97 eller J6412, för att bygga kompletta lösningar. Detta balanserar energieffektivitet och kostnad samtidigt som det utnyttjar X86-plattformens rika utvecklingsekosystem för att uppfylla stränga krav på styrsystemens prestanda i realtid, stabilitet, integration och kompakthet.
02
APQ:s fallstudie om EtherCAT-optimering av realtidsstyrning
Applikationsbakgrund
Hjulförsedda/basförsedda robotar används vanligtvis i komplex banstyrning, fleraxlig länkning, visionsstyrd rörelse och liknande tillämpningar. Deras styrsystem måste stödja:
-
EtherCAT höghastighetsbusskommunikationför synkroniserad servostyrning
-
Hårt realtids-OSför svar på under en millisekund
-
Kompakt industriell designlämplig för trånga ledningar eller skåputrymmen
-
Expanderbara portarinklusive flera seriella och LAN-portar för integration av diverse kringutrustning
En kund, som utvecklade en fleraxlig robot, behövde EtherCAT-stöd och hög realtidsprestanda. Tester med N97-plattformen och servodrivrutiner visade dock att EtherCAT-kommunikationscykeln inte kunde nå under 50 μs, vilket skapade en kritisk flaskhals för massproduktion.
Realtidsoptimeringsmetod
Med hjälp av plattformarna N97 och J6412 utförde APQ fullständig realtidsjustering på systemnivå. Exempelprocess för N97-plattformen:
1. OS-byte till Linux Xenomai-miljö:
-
Ubuntu 20.04 + Linux Kernel 5.15
-
Realtidspatch: Xenomai 3.2 (kompatibel med LinuxCNC)
-
Kompatibilitetstestad för klientens äldre behov (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Steg för realtidsjustering:
a) BIOS-justering
b) Realtidsoptimering av kärnparametrar (ECI)
c) Cmdline-parameterjustering (ECI)
d) Djupgående anpassning på operativsystemnivå
e) Latens-/jittermätningar
2. Standardarbetsflöde för realtidstestning:
-
Verktyg:Latens, klocktest, LinuxCNC-testmoduler
-
Mål:
-
Latens: Max fördröjning < 40 μs
-
Klocktest: Drift ≈ 0 (3:e kolumnen nära noll i resultatet)
-
-
Utförande:Flera testomgångar över hårdvarubatcher (inklusive J6412 som jämförelse)
Testresultat:
I Linux Xenomai-miljön förbättrades kontrollcykeltiden och jittern avsevärt. Latensen förblev under 40 μs hela tiden, medan klocktestdriften närmade sig noll – vilket uppfyllde applikationens krav.
Resultat från verkliga tillämpningar
Fleraxlig robotarmskontroll
Utmaning:
8-axlig synkroniserad svetsning krävde synkronisering på μs-nivå; traditionella lösningar orsakade avdrift och banfel.
Optimering:
-
J6412 med Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN direkt till EtherCAT-servo
-
Isolcpus dedikerade realtidsprocessorkärnor
Resultat:
-
Synkroniseringsprecision:Klocktestdrift ≤ 0,05 μs; Maximal banavvikelse < 0,1 mm
-
Realtidssäkring:72 timmars kontinuerlig drift, maximal latens ≤ 38 μs
-
Kostnadsreduktion:35 % lägre kostnad, 60 % mindre strömförbrukning än i5-lösning
Rörelsekontroll för fyrbent robothund
Utmaning:
Dynamisk balansering med 12 leder behövde återkoppling på μs-nivå; latens i äldre system > 100 μs orsakade instabilitet
Optimering:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
PREEMPT_RT + ECI-patch
-
Cmdline isolerade 2 CPU-kärnor för servouppgifter
Resultat:
-
Låg latens:Kontrollcykel inom 500 μs, latens ≤ 35 μs
-
Robusthet:I -20°C återhämtningstest, jitter < ±8μs
-
Utbyggbarhet:IMU-sensor via M.2; 60 % energibesparing jämfört med i3-baserad lösning
Distributionsalternativ
För tekniskt kapabla kunder med fokus på realtidsprestanda rekommenderar APQLinux + Xenomaidriftsättning. För slutanvändare som föredrar bekvämlighet direkt ur lådan erbjuder APQ ävenförinstallerade och optimerade systemavbildningarmed felsökningsdokumentation – vilket sänker implementeringshinder.
I takt med att robotar i allt högre grad ersätter manuella uppgifter,stabila och kostnadseffektiva styrsystem i realtidbli avgörande för framgång. APQ möter detta behov genom integrerade hårdvaru- och mjukvarulösningar och kommer att fortsätta fördjupa sitt fokus på robotstyrd edge computing och rörelsekontroll – vilket ger fler industriella kunder stabila, effektiva och lättintegrerade inbyggda plattformar.
Om du är intresserad av vårt företag och våra produkter är du välkommen att kontakta vår utländska representant, Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Publiceringstid: 28 juli 2025