Завдяки технологічним проривам та галузевій співпраці, 2025 рік широко вважається «Роком робототехніки». Вся галузь робототехніки переживає вибухове зростання, з різноманітними сценаріями застосування, що зумовлюють диференційовані технологічні шляхи та вимоги як до програмного, так і до апаратного забезпечення. Відповідно, вимоги та методи впровадження керування рухом у реальному часі різняться. Використовуючи глибоке розуміння сектору робототехніки, APQ розробила цільові рішення для оптимізації керування в реальному часі.
01
Розбіжні маршрути роботизованих технологій та вибір платформи обробки
Двоногі гуманоїдні роботи мають дизайн, подібний до людського, який вирізняється адаптивністю до складної місцевості та координацією операцій усього тіла. Ці роботи зазвичай потребують від 38 до 70 осей керування рухом, що означає надзвичайно високі вимоги до реального часу та цикли керування до 1000 Гц. APQ використовує високопродуктивні процесори X86 з програмним налаштуванням для задоволення цих вимог реального часу.
На відміну від цього, колісні або базові роботи мають легшу конструкцію шасі, що пропонує більші переваги в контролі витрат, ефективності руху та тривалості роботи акумулятора. Зазвичай вони мають близько 30 ступенів свободи та менші вимоги до обчислень у реальному часі, але більш чутливі до споживання енергії. Для цієї категорії APQ використовує низькоенергетичні та недорогі платформи, такі як Intel® N97 або J6412, для створення комплексних рішень. Це збалансовує енергоефективність та вартість, водночас використовуючи багату екосистему розробки платформи X86 для задоволення суворих вимог до продуктивності, стабільності, інтеграції та компактності системи керування в реальному часі.
02
Тематичне дослідження оптимізації керування в реальному часі через EtherCAT від APQ
Передумови застосування
Колісні/базові роботи зазвичай використовуються для керування складною траєкторією, багатоосьового з'єднання, візуального керування рухом та подібних застосувань. Їхні системи керування повинні підтримувати:
-
Високошвидкісний шинний зв'язок EtherCATдля синхронізованого сервокерування
-
ОС жорсткого реального часудля відгуку в субмілісекунду
-
Компактний промисловий дизайнпідходить для обмеженого простору в електропроводці або шафі
-
Розширювані портивключаючи кілька послідовних та локальних портів для інтеграції різноманітної периферії
Один клієнт, розробляючи багатоосьового робота, потребував підтримки EtherCAT та високої продуктивності в режимі реального часу. Однак тестування з платформою N97 та сервоприводами показало, що цикл зв'язку EtherCAT не міг опускатися нижче 50 мкс, що створювало критичне вузьке місце для масового виробництва.
Підхід до оптимізації в реальному часі
Використовуючи платформи N97 та J6412, APQ виконала повне налаштування в режимі реального часу на системному рівні. Приклад процесу для платформи N97:
1. Перехід ОС на середовище Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + ядро Linux 5.15
-
Патч реального часу: Xenomai 3.2 (сумісний з LinuxCNC)
-
Сумісність протестовано для потреб клієнта зі застарілими версіями (ядро 4.19 + Xenomai 3.1)
Кроки налаштування в реальному часі:
а) Налаштування BIOS
b) Оптимізація параметрів ядра в реальному часі (ECI)
c) Налаштування параметрів командного рядка (ECI)
г) Глибоке налаштування на рівні ОС
e) Вимірювання затримки/джиттера
2. Стандартний робочий процес тестування в режимі реального часу:
-
Інструменти:Модулі тестування затримки, Clocktest, LinuxCNC
-
Цілі:
-
Затримка: Максимальна затримка < 40 мкс
-
Clocktest: Дрейф ≈ 0 (3-й стовпець близький до нуля в результаті)
-
-
Виконання:Кілька раундів тестування різних партій обладнання (включаючи J6412 для порівняння)
Результат тесту:
У середовищі Linux Xenomai час циклу керування та джиттер значно покращилися. Затримка залишалася нижче 40 мкс протягом усього часу, тоді як дрейф тактової частоти наближався до нуля, що відповідає вимогам застосування.
Результати застосування в реальному світі
Багатоосьове керування роботизованою рукою
Виклик:
8-осьове синхронізоване зварювання вимагало синхронізації на рівні мкс; традиційні рішення спричиняли дрейф та помилки траєкторії.
Оптимізація:
-
J6412 з Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4 гігабітних локальних порти (LAN) безпосередньо до сервоприводу EtherCAT
-
Виділені ядра обробки реального часу Isolcpus
Результати:
-
Точність синхронізації:Дрейф тактового сигналу ≤ 0,05 мкс; Максимальне відхилення траєкторії < 0,1 мм
-
Гарантія в режимі реального часу:72 год безперервної роботи, пікова затримка ≤ 38 мкс
-
Зниження витрат:На 35% нижча вартість, на 60% менше енергії, ніж рішення i5
Чотириногий робот-собака, керування рухами
Виклик:
12-суглобове динамічне балансування потребувало зворотного зв'язку на рівні мкс; затримка застарілої системи > 100 мкс спричиняла нестабільність
Оптимізація:
-
N97 + Ксеномай 3.2
-
PREEMPT_RT + патч ECI
-
Cmdline ізольовано 2 ядра процесора для завдань сервоприводу
Результати:
-
Низька затримка:Цикл керування в межах 500 мкс, затримка ≤ 35 мкс
-
Міцність:У тесті на відновлення при -20°C, тремтіння < ±8 мкс
-
Розширюваність:Датчик IMU через M.2; економія енергії на 60% порівняно з рішенням на базі i3
Варіанти розгортання
Для технічно підкованих клієнтів, які орієнтовані на продуктивність у режимі реального часу, APQ рекомендуєЛінукс + Ксеномайрозгортання. Для кінцевих користувачів, які віддають перевагу зручності «відразу після розпакування», APQ також пропонуєпопередньо встановлені та оптимізовані образи системиз документацією щодо налагодження — зниження бар'єрів для розгортання.
Оскільки роботи все частіше замінюють ручні завдання,стабільні та економічно ефективні системи керування в режимі реального часустають критично важливими для успіху. APQ задовольняє цю потребу за допомогою інтегрованих апаратно-програмних рішень і продовжуватиме поглиблювати свою увагу до роботизованих периферійних обчислень та керування рухом, надаючи більшій кількості промислових клієнтів стабільні, ефективні та легко інтегровані вбудовані платформи.
Якщо вас зацікавила наша компанія та продукція, будь ласка, зв'яжіться з нашим закордонним представником Робіном.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Час публікації: 28 липня 2025 р.