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基于NI PXI平臺搭建人形機(jī)器人主控板硬件在環(huán)（HIL）測試系統(tǒng)
2025-09-03
NI主控、電機(jī)與機(jī)械部件核心測試方案拆解
主控系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，負(fù)責(zé)其智能與決策，其電機(jī)提供運(yùn)動(dòng)能力的強(qiáng)大肌肉，而其復(fù)雜的機(jī)械部件則構(gòu)成了賦予其結(jié)構(gòu)的堅(jiān)韌骨骼。確保這套“大腦、肌肉與骨骼”系統(tǒng)的安全性、可靠性與最佳性能是重中之重。NI提供靈活、可擴(kuò)展且開放的解決方案，全面賦能機(jī)器人主控、電機(jī)與機(jī)械部件的測試。
人形機(jī)器人中控制算法的安全性、實(shí)時(shí)性和可靠性驗(yàn)證尤為關(guān)鍵。人形機(jī)器人通常工作在復(fù)雜動(dòng)態(tài)的環(huán)境中，依賴于高度耦合的感知、規(guī)劃與控制系統(tǒng)。軟件在環(huán)（SIL）測試是驗(yàn)證控制算法的重要步驟，但其局限在于無法驗(yàn)證算法在真實(shí)場景條件下的響應(yīng)行為。
在SIL驗(yàn)證后便將算法部署至真實(shí)機(jī)器人，難以確保算法的可靠性，用戶在測試時(shí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)難以符合期望，用戶在測試中常遇到電線纏繞損壞昂貴機(jī)械臂、機(jī)器人失控引發(fā)危險(xiǎn)等情況，這也是 NI 常收到的用戶反饋。
人形機(jī)器人中涉及的零部件眾多，為了保證主控板能夠控制各部件符合期望運(yùn)行，必須使其不同接口的輸入保持極高的實(shí)時(shí)同步性。基于NI PXI平臺構(gòu)建的硬件在環(huán)（HIL）測試系統(tǒng)，憑借豐富的通信接口、卓越的時(shí)間同步能力和實(shí)時(shí)響應(yīng)性能，能夠幫助用戶構(gòu)建高度貼近真實(shí)環(huán)境的仿真系統(tǒng)，NI強(qiáng)烈建議用戶在SIL與HIL測試全部驗(yàn)證完畢后部署算法，這樣的做法能很大程度避免上述情況。
圖1：人形機(jī)器人主控板硬件在環(huán)測試系統(tǒng)
在針對主控板HIL測試系統(tǒng)中，NI現(xiàn)有產(chǎn)品覆蓋了全面的接口類型：
圖2：NI人形機(jī)器人硬件在環(huán)測試系統(tǒng)模塊
人形機(jī)器人的主控系統(tǒng)作為決策中心，與智能感知系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)等交互頻繁。在真實(shí)場景中，主控板需要對關(guān)節(jié)、電機(jī)、電流環(huán)路等實(shí)現(xiàn)毫秒級閉環(huán)控制，這就要求各部件或系統(tǒng)的模型能夠以高達(dá)1000 Hz的固定步長速率運(yùn)行。
NI PXI系統(tǒng)中運(yùn)行NI Linux RT高實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)，使得部署在其中的模型能夠以高頻率運(yùn)行，并與仿真場景通過PTP精確時(shí)間同步，共享統(tǒng)一時(shí)間軸。NI極其擅長打通場景仿真軟件與模型之間的壁壘，我們已成功驗(yàn)證數(shù)款主流場景仿真軟件與PXI系統(tǒng)的兼容性。
圖3：NI PXI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同類型設(shè)備之間的高同步性
NI PXI系統(tǒng)中可將將各類接口數(shù)據(jù)以固定周期同步發(fā)送至主控板。基于NI PXI平臺搭建針對人形機(jī)器人的主控板HIL測試系統(tǒng)，不僅能夠保證不同類型信號間μs級的同步性，從而貼近真實(shí)場景，還能與SIL測試環(huán)境如NVIDIA Issac等無縫結(jié)合。下圖展示了NVIDIA Issac與NI硬件在環(huán)測試系統(tǒng)結(jié)合的方案架構(gòu)。
圖4：人形機(jī)器人主控板HIL測試系統(tǒng)架構(gòu)
隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，對測試的要求也必會(huì)日益提升。只有通過完善而高效的測試體系，才能確保機(jī)器人在復(fù)雜多變的應(yīng)用場景中始終保持卓越表現(xiàn)。借助NI 的創(chuàng)新測試平臺，企業(yè)不僅能夠加速產(chǎn)品迭代，還能在安全性與可靠性上贏得更大優(yōu)勢，為人性機(jī)器人行業(yè)的未來發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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