ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความร่วมมือทั่วทั้งอุตสาหกรรม ปี 2025 จึงถูกมองอย่างกว้างขวางว่าเป็น “ปีแห่งหุ่นยนต์” อุตสาหกรรมหุ่นยนต์ทั้งหมดกำลังเติบโตอย่างก้าวกระโดด ด้วยสถานการณ์การใช้งานที่หลากหลายซึ่งผลักดันให้เกิดเส้นทางเทคโนโลยีและความต้องการที่แตกต่างกันทั้งในด้านซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ ส่งผลให้ความต้องการและวิธีการใช้งานสำหรับการควบคุมการเคลื่อนไหวแบบเรียลไทม์มีความหลากหลาย ด้วยความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในภาคส่วนหุ่นยนต์ APQ จึงได้พัฒนาโซลูชันการเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมแบบเรียลไทม์ที่ตรงเป้าหมาย
01
เส้นทางเทคโนโลยีหุ่นยนต์ที่แตกต่างกันและการเลือกแพลตฟอร์มการประมวลผล
หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์สองขามีการออกแบบคล้ายมนุษย์ ซึ่งโดดเด่นในด้านการปรับตัวให้เข้ากับสภาพภูมิประเทศที่ซับซ้อนและการประสานงานทั่วทั้งร่างกาย โดยทั่วไปแล้วหุ่นยนต์เหล่านี้ต้องการการควบคุมการเคลื่อนไหว 38 ถึง 70 แกน ซึ่งหมายถึงความต้องการแบบเรียลไทม์ที่สูงมากและมีรอบการควบคุมสูงสุดถึง 1,000 เฮิรตซ์ APQ ใช้โปรเซสเซอร์ X86 ประสิทธิภาพสูงพร้อมการปรับแต่งซอฟต์แวร์เพื่อตอบสนองความต้องการแบบเรียลไทม์เหล่านี้
ในทางตรงกันข้าม หุ่นยนต์แบบมีล้อหรือแบบฐานจะใช้การออกแบบตัวถังที่น้ำหนักเบากว่า ทำให้มีข้อได้เปรียบมากกว่าในด้านการควบคุมต้นทุน ประสิทธิภาพการเคลื่อนที่ และอายุการใช้งานแบตเตอรี่ โดยทั่วไปหุ่นยนต์ประเภทนี้จะมีองศาอิสระประมาณ 30 องศา และมีความต้องการการประมวลผลแบบเรียลไทม์ต่ำกว่า แต่มีความอ่อนไหวต่อการใช้พลังงานมากกว่า สำหรับหมวดหมู่นี้ APQ ใช้แพลตฟอร์มที่ใช้พลังงานต่ำและต้นทุนต่ำ เช่น Intel® N97 หรือ J6412 เพื่อสร้างโซลูชันที่ครบวงจร ซึ่งช่วยสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการใช้พลังงานและต้นทุน พร้อมกับใช้ประโยชน์จากระบบนิเวศการพัฒนาที่หลากหลายของแพลตฟอร์ม X86 เพื่อตอบสนองข้อกำหนดที่เข้มงวดด้านประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ ความเสถียร การผสานรวม และความกะทัดรัดของระบบควบคุม
02
กรณีศึกษาการเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมแบบเรียลไทม์ EtherCAT ของ APQ
พื้นหลังการสมัคร
โดยทั่วไปแล้วหุ่นยนต์แบบมีล้อ/ฐานจะถูกใช้ในระบบควบคุมวิถีการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อน การเชื่อมโยงหลายแกน การเคลื่อนที่ด้วยวิสัยทัศน์ และการใช้งานที่คล้ายคลึงกัน ระบบควบคุมของหุ่นยนต์เหล่านี้ต้องรองรับ:
-
การสื่อสารบัสความเร็วสูง EtherCATสำหรับการควบคุมเซอร์โวแบบซิงโครไนซ์
-
ระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์แบบฮาร์ดสำหรับการตอบสนองในเวลาต่ำกว่ามิลลิวินาที
-
การออกแบบอุตสาหกรรมแบบกะทัดรัดเหมาะสำหรับการเดินสายไฟหรือตู้ที่มีพื้นที่จำกัด
-
พอร์ตที่ขยายได้รวมถึงพอร์ตซีเรียลและ LAN หลายพอร์ตสำหรับการบูรณาการอุปกรณ์ต่อพ่วงที่หลากหลาย
ลูกค้ารายหนึ่งซึ่งกำลังพัฒนาหุ่นยนต์หลายแกน ต้องการการสนับสนุน EtherCAT และประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ที่สูง อย่างไรก็ตาม การทดสอบกับแพลตฟอร์ม N97 และไดรเวอร์เซอร์โวแสดงให้เห็นว่าวงจรการสื่อสารของ EtherCAT ไม่สามารถต่ำกว่า 50μs ได้ ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาคอขวดสำคัญสำหรับการผลิตจำนวนมาก
แนวทางการเพิ่มประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์
APQ ดำเนินการปรับแต่งแบบเรียลไทม์ระดับระบบเต็มรูปแบบโดยใช้แพลตฟอร์ม N97 และ J6412 ตัวอย่างกระบวนการสำหรับแพลตฟอร์ม N97:
1. ระบบปฏิบัติการเปลี่ยนเป็นสภาพแวดล้อม Linux Xenomai:
-
อูบุนตู 20.04 + เคอร์เนล Linux 5.15
-
แพทช์แบบเรียลไทม์: Xenomai 3.2 (เข้ากันได้กับ LinuxCNC)
-
ทดสอบความเข้ากันได้สำหรับความต้องการเดิมของไคลเอนต์ (เคอร์เนล 4.19 + Xenomai 3.1)
ขั้นตอนการปรับแต่งแบบเรียลไทม์:
ก) การปรับแต่ง BIOS
ข) การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์เคอร์เนลแบบเรียลไทม์ (ECI)
c) การปรับแต่งพารามิเตอร์ Cmdline (ECI)
d) การปรับแต่งระดับ OS เชิงลึก
e) การวัดค่าความหน่วง/ความสั่นไหว
2. เวิร์กโฟลว์การทดสอบแบบเรียลไทม์มาตรฐาน:
-
เครื่องมือ:ความหน่วงเวลา, การทดสอบนาฬิกา, โมดูลทดสอบ LinuxCNC
-
เป้าหมาย:
-
ความหน่วง: ความล่าช้าสูงสุด < 40μs
-
Clocktest: Drift ≈ 0 (คอลัมน์ที่ 3 ใกล้ศูนย์ในผลลัพธ์)
-
-
การดำเนินการ:การทดสอบหลายรอบในชุดฮาร์ดแวร์ (รวมถึง J6412 เพื่อการเปรียบเทียบ)
ผลการทดสอบ:
ภายใต้สภาพแวดล้อม Linux Xenomai เวลารอบการควบคุมและค่า Jitter ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ความหน่วงยังคงต่ำกว่า 40μs ตลอด ขณะที่ค่า clocktest drift เข้าใกล้ศูนย์ ซึ่งตรงกับความต้องการของแอปพลิเคชัน
ผลลัพธ์จากการใช้งานจริง
การควบคุมแขนหุ่นยนต์หลายแกน
ท้าทาย:
การเชื่อมแบบซิงโครไนซ์ 8 แกนต้องใช้การซิงโครไนซ์ในระดับ μs วิธีแก้ปัญหาแบบเดิมทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการดริฟท์และวิถี
การเพิ่มประสิทธิภาพ:
-
J6412 พร้อม Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN ตรงไปยังเซอร์โว EtherCAT
-
แกนประมวลผลแบบเรียลไทม์เฉพาะของ Isolcpus
ผลลัพธ์:
-
ความแม่นยำในการซิงค์:ความดริฟท์ของการทดสอบนาฬิกา ≤ 0.05μs; ความเบี่ยงเบนวิถีสูงสุด < 0.1 มม.
-
การรับประกันแบบเรียลไทม์:การทำงานต่อเนื่อง 72 ชั่วโมง ความหน่วงสูงสุด ≤ 38μs
-
การลดต้นทุน:ต้นทุนต่ำกว่า 35% พลังงานน้อยกว่าโซลูชัน i5 60%
หุ่นยนต์สุนัขสี่ขาควบคุมการเคลื่อนไหว
ท้าทาย:
การปรับสมดุลแบบไดนามิก 12 จุดจำเป็นต้องมีการตอบรับในระดับ μs; ความหน่วงของระบบเดิม > 100μs ทำให้เกิดความไม่เสถียร
การเพิ่มประสิทธิภาพ:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
แพตช์ PREEMPT_RT + ECI
-
Cmdline แยกแกน CPU 2 แกนสำหรับงานเซอร์โว
ผลลัพธ์:
-
ความหน่วงต่ำ:รอบการควบคุมภายใน 500μs, ความหน่วง ≤ 35μs
-
ความแข็งแกร่ง:ในการทดสอบการฟื้นตัวที่ -20°C ความสั่นไหว < ±8μs
-
ความสามารถในการขยาย:เซ็นเซอร์ IMU ผ่าน M.2 ประหยัดพลังงานได้ 60% เมื่อเทียบกับโซลูชันที่ใช้ i3
ตัวเลือกการปรับใช้
สำหรับลูกค้าที่มีความสามารถทางเทคนิคที่มุ่งเน้นประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ APQ ขอแนะนำลินุกซ์ + เซโนไมสำหรับการใช้งาน สำหรับผู้ใช้ปลายทางที่ต้องการความสะดวกสบายแบบพร้อมใช้งานทันที APQ ยังเสนออิมเมจระบบที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้าและปรับแต่งแล้วพร้อมเอกสารประกอบการดีบัก — ลดอุปสรรคในการปรับใช้
เนื่องจากหุ่นยนต์เข้ามาแทนที่งานด้วยมือมากขึ้นระบบควบคุมแบบเรียลไทม์ เสถียร และคุ้มต้นทุนกลายเป็นปัจจัยสำคัญต่อความสำเร็จ APQ ตอบสนองความต้องการนี้ด้วยโซลูชันฮาร์ดแวร์-ซอฟต์แวร์แบบบูรณาการ และจะยังคงมุ่งเน้นที่การประมวลผลแบบเอดจ์ของหุ่นยนต์และการควบคุมการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ลูกค้าอุตสาหกรรมมีแพลตฟอร์มฝังตัวที่เสถียร มีประสิทธิภาพ และผสานรวมได้ง่ายมากขึ้น
หากคุณสนใจบริษัทและผลิตภัณฑ์ของเรา โปรดติดต่อตัวแทนต่างประเทศของเรา คุณโรบิน
Email: yang.chen@apuqi.com
วอทส์แอป: +86 18351628738
เวลาโพสต์: 28 ก.ค. 2568