ヒューマノイド ロボットの有線通信とゾーン制御

ヒューマノイド ロボットのセンサー、アクチュエーター、中央演算装置向けに、拡張性と決定性を備えた通信バックボーンを構築します。

概要

ヒューマノイド ロボットは、センサー、関節コントローラー、中央演算装置の間で信頼性の高いデータ交換を必要とします。ゾーン アーキテクチャは、ローカル トラフィックを集約することで、ケーブルの重量と複雑さを軽減します。インフィニオンは、スケーラブルなEthernet、コスト効率の高いCAN/CAN FD、およびEtherCAT® テクノロジーを使用した設計向けに、マイクロコントローラー、トランシーバー、PHY、スイッチなどの製品を提供しています。

利点

  • ケーブルの重量と複雑さの低減
  • 10 Mbpsから10 Gbpsまで拡張
  • 決定論的なモーション制御を実現
  • センサーとアクチュエーターを同期
  • 耐障害性を高め、稼働時率を向上
  • カメラと関節ノードを接続
  • ゾーン設計と中央集約設計をサポート
  • 車載グレード品質に基づく設計
  • ハイブリッド ネットワーク アーキテクチャを実現

ブロック図

概要

バッテリー バス、分散電源レール、および負荷を保護

ヒューマノイド ロボットは、各ゾーンの要件に応じて、Ethernet、CAN/CAN FD、およびEtherCAT® を組み合わせることができます。それぞれの強みにより、ハイブリッド ネットワークは通信と制御において費用対効果の高いアプローチとなります。

  • Ethernetは最高の帯域幅を提供し、柔軟なスイッチド トポロジーをサポートするため、カメラ、センサー フュージョン、診断、および拡張可能なバックボーンに適しています。ギガビット速度では、慎重なトラフィック管理が必要であり、コストが高くなる可能性があります。
  • CAN/CAN FDは、低データレートのセンサーやアクチュエーター向けに、堅牢でコスト効率の高い接続性を提供します。バス負荷が増加すると、アービトレーションによって利用可能な帯域幅と更新レートが制限されます。
  • EtherCAT®は、モーション制御ノード向けに、決定論的な通信と高精度な同期を可能にします。しかし、従来の100 Mbit/sリンクは、ギガビット イーサネットに比べて帯域幅の余裕が少ないです。

実用的なアーキテクチャでは、各ゾーン内のローカル トラフィックを集約し、ゾーン コントローラーを高速イーサネット経由で中央コンピュートに接続します。インフィニオンは、ゾーン制御向けの通信ソリューションとマイクロコントローラーを提供し、ヒューマノイド ロボットの通信と制御に向けた包括的な製品ポートフォリオを提供しています。これにより、統合が効率化され、拡張性とモジュール性を備えたヒューマノイド ロボットを実現できます。

ゾーン制御と高帯域幅センシングのためのスケーラブルなイーサネット

イーサネットは、10BASE-T1Sおよび100BASE-T1から1 Gbps、さらにはマルチギガビット リンクまで拡張可能であり、制御、センサー ストリーム、診断、ソフトウェア アップデートのための単一ネットワークを実現します。TSN、QoS、およびIEEE 1588 PTPを使用することで、設計者は制御トラフィックに優先順位を付け、分散デバイスを同期し、遅延の上限を保証できます。IEEE 802.1CBのフレーム複製と排除により、耐障害性を向上できます。

利点としては、高帯域幅、柔軟なトポロジー、軽量な単対ケーブル、ゾーンから中央コンピュートへの容易なスケーリングなどが挙げられます。トレードオフとしては、トラフィック スケジューリングと輻輳制御のための設計作業の増加に加え、ギガビット速度ではシリコン コストが高くなる可能性があることが挙げられます。

インフィニオンのソリューションには、BRIGHTLANE™ 88Q111x PHYおよび88Q5192スイッチに加え、ゾーン制御向けのAURIX™ TC3xマイクロコントローラーが含まれます。

BRIGHTLANE™ Ethernet PHYの詳細を見る
BRIGHTLANE™ Ethernetスイッチの詳細を見る

堅牢でコスト効率の高いローカル通信のためのCANおよびCAN FD

CANおよびCAN FDは、適度なデータレートで十分なローカル センサー、アクチュエーター、および確立された制御機能に適しています。強みとしては、実績のある堅牢性、シンプルな共有バス配線、幅広い採用実績、魅力的なノード コストが挙げられます。CAN FDは、フレームあたり最大64データ バイトをサポートし、Classical CANよりも高速なデータ フェーズを実現します。

トレードオフは帯域幅が限られることです。バス負荷とノード トラフィックが増えると、アービトレーションとシリアル化により、利用可能な更新レートが低下します。したがって、CAN/CAN FDは、高解像度カメラ、大容量のセンサー データ ストリーム、または統合された高速バックボーンにはあまり適していません。

インフィニオンのソリューションには、CAN FD対応のAURIX™ TC3xマイクロコントローラー、リアルタイム制御向けのPSOC™ Control C3マイクロコントローラー、およびTLE935xファミリーを含む車載CANトランシーバーが含まれます。

車載CANトランシーバーをご覧ください
PSOC™ Control C3の詳細を見る

同期型EtherCAT®多軸モーション制御向け製品

EtherCAT®は、決定論的な産業用制御と、分散したジョイントおよびモーター制御ノード間の高精度な同期に最適化されています。オンザフライのフレーム処理と分散クロックにより、低ジッターで高い更新レートを実現します。ラインおよびデイジーチェーン トポロジーに対応しており、オプションのケーブル冗長化により可用性を向上できます。

従来のEtherCAT®の主なトレードオフは100 Mbit/sの物理層であり、カメラや統合トラフィックに対して、ギガビット イーサネットよりも帯域幅の余裕が小さくなります。したがって、EtherCAT®は専用のモーション制御セグメントに適した有力な選択肢である一方、より高速なイーサネットは帯域幅を多く必要とするセンシングやバックボーンに適しています。

インフィニオンのXMC4300およびXMC4800マイクロコントローラーは、互換性のあるリアルタイム制御設計向けにEtherCAT®スレーブ機能を統合しています。

EtherCAT®は登録商標および特許技術であり、Beckhoff Automation GmbHからライセンス供与されています。

XMC4300マイクロコントローラーを見る
XMC4800マイクロコントローラーを見る

拡張性と安全性を備えたヒューマノイド ロボット アーキテクチャ向けゾーン コントローラー

ゾーン コントローラーは、通信、制御、診断をロボットの四肢により近い場所へ配置します。肩、腰、またはその他のリージョナル ハブに配置され、センサーおよびアクチュエーターのトラフィックを集約し、ローカル機能を調整し、複数のジョイント コントローラーを中央コンピュートに接続します。

これにより、ポイントツーポイント配線が削減され、時間的に重要なローカル トラフィックはゾーン内に留まる一方、上位レベルのコマンドやセンサー データは高速バックボーンを介して伝送されます。ゾーン コントローラーは、帯域幅、レイテンシー、およびコストの要件に応じて、イーサネットとCAN/CAN FD、10BASE-T1S、またはEtherCAT®セグメントをブリッジ接続できます。

AURIX™ マイクロコントローラーはゾーン コーディネーション、機能安全、セキュリティ、決定論的通信をサポートし、PSOC™ Control C3およびMOTIX™ ソリューションは分散型モーター制御ノードとして使用できます。冗長なEthernetパスとTSNにより、可用性と同期をさらに強化できます。

AURIX™ TC3xマイクロコントローラーを見る
XMC4800マイクロコントローラーを見る

バッテリー バス、分散電源レール、および負荷を保護

ヒューマノイド ロボットは、各ゾーンの要件に応じて、Ethernet、CAN/CAN FD、およびEtherCAT® を組み合わせることができます。それぞれの強みにより、ハイブリッド ネットワークは通信と制御において費用対効果の高いアプローチとなります。

  • Ethernetは最高の帯域幅を提供し、柔軟なスイッチド トポロジーをサポートするため、カメラ、センサー フュージョン、診断、および拡張可能なバックボーンに適しています。ギガビット速度では、慎重なトラフィック管理が必要であり、コストが高くなる可能性があります。
  • CAN/CAN FDは、低データレートのセンサーやアクチュエーター向けに、堅牢でコスト効率の高い接続性を提供します。バス負荷が増加すると、アービトレーションによって利用可能な帯域幅と更新レートが制限されます。
  • EtherCAT®は、モーション制御ノード向けに、決定論的な通信と高精度な同期を可能にします。しかし、従来の100 Mbit/sリンクは、ギガビット イーサネットに比べて帯域幅の余裕が少ないです。

実用的なアーキテクチャでは、各ゾーン内のローカル トラフィックを集約し、ゾーン コントローラーを高速イーサネット経由で中央コンピュートに接続します。インフィニオンは、ゾーン制御向けの通信ソリューションとマイクロコントローラーを提供し、ヒューマノイド ロボットの通信と制御に向けた包括的な製品ポートフォリオを提供しています。これにより、統合が効率化され、拡張性とモジュール性を備えたヒューマノイド ロボットを実現できます。

ゾーン制御と高帯域幅センシングのためのスケーラブルなイーサネット

イーサネットは、10BASE-T1Sおよび100BASE-T1から1 Gbps、さらにはマルチギガビット リンクまで拡張可能であり、制御、センサー ストリーム、診断、ソフトウェア アップデートのための単一ネットワークを実現します。TSN、QoS、およびIEEE 1588 PTPを使用することで、設計者は制御トラフィックに優先順位を付け、分散デバイスを同期し、遅延の上限を保証できます。IEEE 802.1CBのフレーム複製と排除により、耐障害性を向上できます。

利点としては、高帯域幅、柔軟なトポロジー、軽量な単対ケーブル、ゾーンから中央コンピュートへの容易なスケーリングなどが挙げられます。トレードオフとしては、トラフィック スケジューリングと輻輳制御のための設計作業の増加に加え、ギガビット速度ではシリコン コストが高くなる可能性があることが挙げられます。

インフィニオンのソリューションには、BRIGHTLANE™ 88Q111x PHYおよび88Q5192スイッチに加え、ゾーン制御向けのAURIX™ TC3xマイクロコントローラーが含まれます。

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BRIGHTLANE™ Ethernetスイッチの詳細を見る

堅牢でコスト効率の高いローカル通信のためのCANおよびCAN FD

CANおよびCAN FDは、適度なデータレートで十分なローカル センサー、アクチュエーター、および確立された制御機能に適しています。強みとしては、実績のある堅牢性、シンプルな共有バス配線、幅広い採用実績、魅力的なノード コストが挙げられます。CAN FDは、フレームあたり最大64データ バイトをサポートし、Classical CANよりも高速なデータ フェーズを実現します。

トレードオフは帯域幅が限られることです。バス負荷とノード トラフィックが増えると、アービトレーションとシリアル化により、利用可能な更新レートが低下します。したがって、CAN/CAN FDは、高解像度カメラ、大容量のセンサー データ ストリーム、または統合された高速バックボーンにはあまり適していません。

インフィニオンのソリューションには、CAN FD対応のAURIX™ TC3xマイクロコントローラー、リアルタイム制御向けのPSOC™ Control C3マイクロコントローラー、およびTLE935xファミリーを含む車載CANトランシーバーが含まれます。

車載CANトランシーバーをご覧ください
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同期型EtherCAT®多軸モーション制御向け製品

EtherCAT®は、決定論的な産業用制御と、分散したジョイントおよびモーター制御ノード間の高精度な同期に最適化されています。オンザフライのフレーム処理と分散クロックにより、低ジッターで高い更新レートを実現します。ラインおよびデイジーチェーン トポロジーに対応しており、オプションのケーブル冗長化により可用性を向上できます。

従来のEtherCAT®の主なトレードオフは100 Mbit/sの物理層であり、カメラや統合トラフィックに対して、ギガビット イーサネットよりも帯域幅の余裕が小さくなります。したがって、EtherCAT®は専用のモーション制御セグメントに適した有力な選択肢である一方、より高速なイーサネットは帯域幅を多く必要とするセンシングやバックボーンに適しています。

インフィニオンのXMC4300およびXMC4800マイクロコントローラーは、互換性のあるリアルタイム制御設計向けにEtherCAT®スレーブ機能を統合しています。

EtherCAT®は登録商標および特許技術であり、Beckhoff Automation GmbHからライセンス供与されています。

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拡張性と安全性を備えたヒューマノイド ロボット アーキテクチャ向けゾーン コントローラー

ゾーン コントローラーは、通信、制御、診断をロボットの四肢により近い場所へ配置します。肩、腰、またはその他のリージョナル ハブに配置され、センサーおよびアクチュエーターのトラフィックを集約し、ローカル機能を調整し、複数のジョイント コントローラーを中央コンピュートに接続します。

これにより、ポイントツーポイント配線が削減され、時間的に重要なローカル トラフィックはゾーン内に留まる一方、上位レベルのコマンドやセンサー データは高速バックボーンを介して伝送されます。ゾーン コントローラーは、帯域幅、レイテンシー、およびコストの要件に応じて、イーサネットとCAN/CAN FD、10BASE-T1S、またはEtherCAT®セグメントをブリッジ接続できます。

AURIX™ マイクロコントローラーはゾーン コーディネーション、機能安全、セキュリティ、決定論的通信をサポートし、PSOC™ Control C3およびMOTIX™ ソリューションは分散型モーター制御ノードとして使用できます。冗長なEthernetパスとTSNにより、可用性と同期をさらに強化できます。

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