Với những đột phá công nghệ và sự hợp tác toàn ngành, năm 2025 được coi là "Năm của Robot". Toàn bộ ngành công nghiệp robot đang trải qua sự tăng trưởng bùng nổ, với các kịch bản ứng dụng đa dạng thúc đẩy các hướng đi công nghệ khác nhau và nhu cầu về cả phần mềm và phần cứng. Do đó, các yêu cầu và phương pháp triển khai điều khiển chuyển động thời gian thực cũng rất đa dạng. Tận dụng sự hiểu biết sâu sắc về lĩnh vực robot, APQ đã phát triển các giải pháp tối ưu hóa điều khiển thời gian thực được nhắm mục tiêu.
01
Các tuyến đường công nghệ robot phân kỳ và lựa chọn nền tảng xử lý
Robot hình người hai chân có thiết kế giống người, vượt trội về khả năng thích ứng với địa hình phức tạp và hoạt động phối hợp toàn thân. Những robot này thường yêu cầu điều khiển chuyển động từ 38 đến 70 trục, đồng nghĩa với yêu cầu thời gian thực cực kỳ cao và chu kỳ điều khiển lên đến 1000Hz. APQ sử dụng bộ xử lý X86 hiệu suất cao với phần mềm tinh chỉnh để đáp ứng các yêu cầu thời gian thực này.
Ngược lại, robot dạng bánh xe hoặc dạng đế sử dụng thiết kế khung gầm nhẹ hơn, mang lại lợi thế lớn hơn về kiểm soát chi phí, hiệu suất chuyển động và thời lượng pin. Chúng thường có khoảng 30 bậc tự do và nhu cầu tính toán thời gian thực thấp hơn, nhưng lại nhạy cảm hơn với mức tiêu thụ điện năng. Đối với hạng mục này, APQ sử dụng các nền tảng công suất thấp, chi phí thấp như Intel® N97 hoặc J6412 để xây dựng các giải pháp hoàn chỉnh. Điều này cân bằng giữa hiệu suất năng lượng và chi phí, đồng thời tận dụng hệ sinh thái phát triển phong phú của nền tảng X86 để đáp ứng các yêu cầu khắt khe về hiệu suất thời gian thực, tính ổn định, tích hợp và tính nhỏ gọn của hệ thống điều khiển.
02
Nghiên cứu điển hình về tối ưu hóa điều khiển thời gian thực EtherCAT của APQ
Bối cảnh ứng dụng
Robot bánh xe/bệ thường được sử dụng trong điều khiển quỹ đạo phức tạp, liên kết đa trục, chuyển động dẫn hướng bằng thị giác và các ứng dụng tương tự. Hệ thống điều khiển của chúng phải hỗ trợ:
-
Giao tiếp bus tốc độ cao EtherCATđể điều khiển servo đồng bộ
-
Hệ điều hành thời gian thực cứngcho phản hồi dưới mili giây
-
Thiết kế công nghiệp nhỏ gọnphù hợp với hệ thống dây điện chật hẹp hoặc không gian tủ
-
Cổng mở rộngbao gồm nhiều cổng nối tiếp và LAN để tích hợp nhiều thiết bị ngoại vi khác nhau
Một khách hàng đang phát triển robot đa trục yêu cầu hỗ trợ EtherCAT và hiệu suất thời gian thực cao. Tuy nhiên, thử nghiệm với nền tảng N97 và bộ điều khiển servo cho thấy chu kỳ giao tiếp EtherCAT không thể đạt dưới 50μs, tạo ra một nút thắt cổ chai nghiêm trọng cho sản xuất hàng loạt.
Phương pháp tối ưu hóa thời gian thực
Sử dụng nền tảng N97 và J6412, APQ đã thực hiện điều chỉnh toàn bộ hệ thống theo thời gian thực. Ví dụ về quy trình cho nền tảng N97:
1. Chuyển hệ điều hành sang môi trường Linux Xenomai:
-
Ubuntu 20.04 + Nhân Linux 5.15
-
Bản vá thời gian thực: Xenomai 3.2 (tương thích với LinuxCNC)
-
Đã kiểm tra khả năng tương thích cho nhu cầu cũ của khách hàng (Kernel 4.19 + Xenomai 3.1)
Các bước điều chỉnh thời gian thực:
a) Điều chỉnh BIOS
b) Tối ưu hóa tham số hạt nhân thời gian thực (ECI)
c) Điều chỉnh tham số dòng lệnh (ECI)
d) Tùy chỉnh sâu ở cấp độ hệ điều hành
e) Đo độ trễ/độ rung
2. Quy trình kiểm tra thời gian thực tiêu chuẩn:
-
Công cụ:Độ trễ, Clocktest, các mô-đun kiểm tra LinuxCNC
-
Mục tiêu:
-
Độ trễ: Độ trễ tối đa < 40μs
-
Kiểm tra đồng hồ: Độ trôi ≈ 0 (cột thứ 3 gần bằng 0 trong kết quả)
-
-
Thực hiện:Nhiều vòng thử nghiệm trên nhiều lô phần cứng (bao gồm J6412 để so sánh)
Kết quả kiểm tra:
Trong môi trường Linux Xenomai, thời gian chu kỳ điều khiển và độ trễ được cải thiện đáng kể. Độ trễ luôn dưới 40μs, trong khi độ lệch xung nhịp thử nghiệm gần bằng 0 — đáp ứng nhu cầu ứng dụng.
Kết quả ứng dụng thực tế
Điều khiển cánh tay robot đa trục
Thử thách:
Hàn đồng bộ 8 trục yêu cầu đồng bộ cấp μs; các giải pháp truyền thống gây ra lỗi trôi và lỗi quỹ đạo.
Tối ưu hóa:
-
J6412 với Ubuntu 20.04 + Xenomai 3.2
-
4x Gigabit LAN trực tiếp đến servo EtherCAT
-
Lõi xử lý thời gian thực chuyên dụng Isolcpus
Kết quả:
-
Độ chính xác đồng bộ:Độ trôi thử nghiệm đồng hồ ≤ 0,05μs; Độ lệch quỹ đạo tối đa < 0,1mm
-
Đảm bảo thời gian thực:Hoạt động liên tục 72 giờ, độ trễ cực đại ≤ 38μs
-
Giảm chi phí:Chi phí thấp hơn 35%, điện năng ít hơn 60% so với giải pháp i5
Điều khiển chuyển động của chó robot bốn chân
Thử thách:
Cần cân bằng động 12 khớp phản hồi cấp μs; độ trễ hệ thống cũ > 100μs gây ra sự mất ổn định
Tối ưu hóa:
-
N97 + Xenomai 3.2
-
Bản vá PREEMPT_RT + ECI
-
Cmdline cô lập 2 lõi CPU cho các tác vụ servo
Kết quả:
-
Độ trễ thấp:Chu kỳ điều khiển trong vòng 500μs, độ trễ ≤ 35μs
-
Độ bền:Trong thử nghiệm phục hồi -20°C, độ dao động < ±8μs
-
Khả năng mở rộng:Cảm biến IMU qua M.2; tiết kiệm 60% điện năng so với giải pháp dựa trên i3
Tùy chọn triển khai
Đối với những khách hàng có năng lực kỹ thuật tập trung vào hiệu suất thời gian thực, APQ khuyến nghịLinux + Xenomaitriển khai. Đối với người dùng cuối thích sự tiện lợi ngay khi xuất xưởng, APQ cũng cung cấphình ảnh hệ thống được cài đặt sẵn và tối ưu hóavới tài liệu gỡ lỗi — giảm thiểu rào cản triển khai.
Khi robot ngày càng thay thế các công việc thủ công,hệ thống điều khiển thời gian thực, ổn định và tiết kiệm chi phítrở nên quan trọng đối với thành công. APQ đang đáp ứng nhu cầu này thông qua các giải pháp phần cứng-phần mềm tích hợp và sẽ tiếp tục tập trung sâu hơn vào điện toán biên robot và điều khiển chuyển động — cung cấp cho nhiều khách hàng công nghiệp hơn các nền tảng nhúng ổn định, hiệu quả và dễ tích hợp.
Nếu bạn quan tâm đến công ty và sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với đại diện nước ngoài của chúng tôi, Robin.
Email: yang.chen@apuqi.com
WhatsApp: +86 18351628738
Thời gian đăng: 28-07-2025