机器人

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派勤机器人控制解决方案,基于高实时性工控主板与嵌入式工控机核心硬件,适配人形机器人、工业机器人、协作机器人、AGV搬运机器人、移动服务机器人、巡检机器人等细分场景,支持多轴运动控制、多传感器环境感知融合、实时导航运算,具备高抗震、宽温运行、低延迟响应、高可靠等特性,提供机器人控制核心硬件与系统适配一体化方案,保障机器人运动控制精准稳定运行。

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具身智能机器人工控硬件解决方案

2026-09-28 作者: 浏览:3

一、具身智能机器人对计算平台的需求

传统工业机器人通常按照预先编写的程序执行固定动作,而具身智能机器人需要根据摄像头、雷达、IMU、力传感器等信息判断周围环境,再决定下一步动作。

这意味着机器人内部不再只有一个简单的运动控制器,而是需要同时处理视觉识别、环境感知、任务规划、通信和运动控制。

实际设计中,这些任务通常不会全部集中到一块主板上。视觉、语音、导航和任务规划由上层计算平台处理;关节电机、双足平衡和高频力控则由实时控制器负责。采用分层架构后,各部分职责更清晰,也便于后续增加相机、传感器或新的算法模块。

二、具身智能机器人的工作原理及流程

具身智能机器人的工作过程可以分为“感知—判断—执行—反馈”几个环节。

机器人首先通过摄像头、激光雷达、IMU、力传感器和关节编码器采集环境及自身状态。上层计算平台对这些数据进行处理,识别物体的位置、障碍物、机器人姿态等信息,并根据任务生成下一步动作。

运动规划模块再把“向前走”“抓取物体”“移动到指 定位置”等任务转换成具体的运动轨迹。底层实时控制器根据轨迹控制各个关节电机,同时不断读取编码器、IMU和力传感器反馈,对机器人的动作进行修正。

基本流程为:

摄像头/雷达/传感器采集 → 环境感知与状态判断 → 任务规划 → 运动轨迹生成 → 实时运动控制 → 关节执行 → 编码器、IMU及力传感器反馈 → 动作修正。

其中,工控主板或工业电脑主要负责视觉、感知、任务规划、数据处理和设备通信。对控制周期要求较高的关节伺服、双足平衡和灵巧手电机控制,则应配合实时控制器、MCU或专用运动控制单元使用。

三、具身智能机器人对工控硬件的主要要求

1. 足够的计算能力和内存

人形机器人通常需要同时运行视觉、导航、任务调度和通信程序。多个摄像头连续采集图像后,也需要一定的内存用于缓存。

因此,上层主控除了处理器性能,还要关注内存容量。对于多相机或复杂视觉系统,32GB、64GB甚至更高容量的内存更便于后期扩展。

2. 相机和传感器接口

机器人内部可能同时存在USB相机、GigE相机、雷达、IMU、力传感器、关节控制器等设备。

USB、LAN、CAN、COM和GPIO接口越完整,机器人设计时使用外部转换模块的数量越少,整机布线也更简单。

3. AI计算能力

视觉识别、目标检测、语音和部分机器人策略模型可以使用CPU、GPU或NPU运行。

如果只是常规视觉识别和中等规模端侧推理,Core Ultra平台可以提供CPU、GPU和NPU资源;如果需要运行更大的视觉模型、多模态模型或对推理速度要求较高,则需要进一步评估独 立GPU或专用AI加速平台。

4. 实时控制接口

上层计算性能再高,也不能直接代替实时运动控制系统。

双足平衡、关节伺服和灵巧手等任务通常需要稳定的控制周期,应采用EtherCAT、CAN或其他实时总线配合专用控制器完成。

5. 本地存储

机器人研发过程中往往需要保存相机图像、关节数据、IMU数据、操作轨迹和运行日志。

用于算法训练和数据采集的设备,需要提前按照相机数量、分辨率和采样频率计算SSD容量。

6. 功耗和散热

人形机器人本体内部空间有限,而且采用电池供电。计算平台功耗越高,对散热和续航影响越明显。

因此,机器人本体主控不能只看最大算力,还要综合考虑功耗、安装位置和散热条件。

四、具身智能/人形机器人细分场景及硬件选型

1. 人形机器人上层主控:负责感知、任务和设备管理

人形机器人上层主控

上层主控可以理解为人形机器人的“计算核心”,主要负责相机数据处理、视觉识别、任务规划、状态管理以及与各控制节点通信。

这部分计算量较大,但不直接承担所有关节的高频伺服控制。

建议平台:Q-BOX-E10(UT1003AW)(Core Ultra无风扇嵌入式工控机)

主要配置:

Intel Core Ultra系列处理器、2×DDR5 SO-DIMM,最大96GB;

2×Intel i226-V网络接口、5×COM、1×CAN、8Bit GPIO、6×USB;

M.2 2280 SSD、E-Key和B-Key扩展、DC 9~36V;

无风扇铝型材机身、整机尺寸174×129×86mm。

双网、USB、CAN和串口可以分别连接视觉设备、控制节点及外层模块。最高96GB DDR5内存,也为多相机图像处理和较复杂的软件环境保留了较大的配置空间。

适用场景: 人形机器人上层主控、视觉感知、语音交互、任务规划、导航控制、机器人状态管理。

2. 机器人视觉感知节点:负责相机和传感器数据处理

机器人视觉感知节点

机器人头部或机身可能安装多个摄像头、深度相机或其他传感器。如果全部设备都直接连接主控,会增加接口和数据处理压力。

实际产品中可以增加独立感知节点,先完成图像采集、基础处理和传感器数据汇总,再将结果发送给上层主控。

建议平台:RP7003AW(3.5寸工控主板)

主要配置:

Intel第12代/13代Core U/P系列处理器、2×DDR5 SO-DIMM,最大64GB;

2×Intel i226-V 2.5G网络、6×COM、2×CAN、8Bit GPIO、M.2 2280;

DC 9~36V、PCB尺寸102×146mm。

双2.5G网口可分别用于相机网络和主控通信,CAN、COM和GPIO则可以连接IMU、传感器和其他控制模块。

适用场景: 机器人头部视觉、相机数据采集、雷达数据汇聚、传感器处理节点、移动底盘感知节点。

3. 双足机器人控制:上层规划与底层实时控制分开

双足机器人控制

双足机器人的难点不只是“走起来”,而是运动过程中需要持续读取IMU、关节编码器和足底力传感器数据,根据身体姿态不断调整关节动作。

这类控制对实时性要求较高。

建议架构:Q-BOX-E10(UT1003AW)+ 实时运动控制节点

Q-BOX-E10可以负责视觉导航、步态规划、任务调度和机器人状态管理;底层控制节点则负责关节同步、伺服控制和平衡调整。

两层之间可以通过CAN、EtherCAT或其他实时通信方式交换数据。

这样设计的好处是,上层视觉算法或任务程序负载发生变化时,不会直接影响底层关节控制周期。

适用场景: 双足机器人、步态规划、全身运动规划、视觉导航、机器人状态估计。

4. 灵巧手控制:数据处理与电机控制分层

灵巧手控制

灵巧手通常具有多个关节,同时还可能配置触觉、压力和力矩传感器。

如果将所有传感器处理和电机闭环都放到一个控制器中,系统复杂度会很高。因此,灵巧手更适合采用“上层计算 + 小型实时控制板”的结构。

建议平台:RP7003AW(上层控制节点)+ 专用灵巧手控制板

RP7003AW的2路CAN、6路COM和双网接口可以用于连接传感模块及分布式控制节点。上层主要处理触觉数据、抓取策略和动作协调,电机闭环则由更靠近执行器的小型控制板完成。

由于RP7003AW尺寸为102×146mm,更适合安装在机器人本体或手臂内部,而不是直接安装在手掌内部。

适用场景: 灵巧手数据处理、多指抓取、触觉反馈、末端力觉处理、抓取策略计算。

5. 多模态感知和AI推理:根据模型规模配置算力

多模态感知和AI推理

人形机器人可能需要同时处理视觉、语 音和环境信息,例如识别人、判断物体的位置、理解简单指令或进行场景分类。

Core Ultra平台集成CPU、GPU和NPU,可用于兼容的视觉及AI推理任务。派勤Q-BOX-E10(UT1003AW)采用Core Ultra系列处理器,并支持最高96GB DDR5内存。

但AI平台不能只看是否带NPU。

如果项目运行的是大型视觉模型、多模态模型或计算量较大的机器人策略模型,应根据模型大小、精度、推理延迟和软件框架单独评估GPU或其他AI加速硬件。

适用场景: 目标识别、视觉感知、语 音处理、场景理解、机器人交互、端侧AI推理。

6. 机器人研发与算法测试:扩展能力更重要

机器人研发与算法测试

研发阶段经常需要更换相机、采集卡、GPU、网络设备以及不同类型的传感器。

这类设备不必过度追求机器人本体的小型化,扩展能力往往更重要。

建议平台:PIMB-Q670C_R100(工业母板)

主要配置:

Intel第12代/13代Core系列处理器、4×DDR5 U-DIMM,最大128GB;

3×Intel i226网络、2×PCIe x16、多组PCIe扩展、M.2 2280 NVMe、4×SATA 3.0。

PCIe扩展可以用于安装GPU、图像采集卡或其他实验设备,适合作为固定式机器人研发平台、算法工作站和实验室测试主机。

适用场景: 机器人算法开发、视觉模型测试、多相机实验平台、GPU扩展、机器人控制系统研发。

7. 机器人训练数据采集:着重看接口和存储

机器人训练数据采集

具身智能算法研发需要大量真实机器人数据,例如相机画面、关节角度、IMU、力传感器和操作轨迹。

数据采集平台的着重不是实时运动控制,而是保证多路数据能够完整记录。

建议平台:Q-BOX-E10(UT1003AW)

该平台提供双网、6个USB、CAN、COM以及M.2 SSD,可以连接多种传感器和相机。最大96GB内存可用于数据缓存,本地SSD则负责暂存采集结果。

如果需要长时间保存多路高分辨率视频,还应增加外部存储或通过网络上传到数据服务器。

适用场景: 模仿学习数据采集、遥操作数据记录、多传感器同步采集、机器人训练数据采集。

8. 遥操作和远程调试:网络链路需要分开管理

遥操作和远程调试

人形机器人研发阶段经常采用遥操作完成动作示教或采集训练数据。

遥操作系统需要同时传输视频、机器人状态和控制指令,因此可以将机器人内部设备网络与外部通信网络分开。

建议平台:Q-BOX-E10(UT1003AW)

双网可以分别承担内部设备通信和外部网络连接;B-Key可扩展4G/5G模块,E-Key可用于Wi-Fi/蓝牙扩展。

实际遥操作时延还会受到无线网络、视频编码和控制协议影响,因此网络方案需要与机器人控制系统一起设计。

适用场景: 人形机器人遥操作、远程示教、机器人状态监控、现场调试、数据回传。

五、具身智能/人形机器人的主要应用场景

人形机器人上层主控、机器人视觉感知、多模态传感器数据处理、双足运动规划、灵巧手控制、视觉导航、语音交互、机器人任务规划、训练数据采集、模仿学习数据采集、遥操作、机器人算法研发、移动机器人感知控制。

六、具身智能机器人计算平台选型建议

具身智能机器人的硬件选型,首先要区分三个层级:

上层计算主要负责视觉、导航、语音、任务规划和AI算法,可以采用Q-BOX-E10(UT1003AW)这类Core Ultra工业电脑。

感知和设备节点主要负责相机、雷达、传感器及外层设备数据采集,可以采用RP7003AW等接口较丰富的嵌入式工控主板。

实时运动控制主要负责关节伺服、双足平衡、灵巧手电机和高频力控,应使用实时运动控制器、MCU或专用控制板,不建议直接由普通上位机程序承担。

如果项目还需要运行大型视觉模型、多模态模型或其他高算力AI程序,应根据实际模型单独配置GPU或专用AI计算平台,而不是单纯依靠Core Ultra处理器中的NPU。

实际硬件定型时,可以按照以下顺序进行:

机器人功能 → 相机和传感器数量 → 视觉及AI算法 → 内存需求 → 实时运动控制架构 → CAN/EtherCAT通信 → 存储容量 → 无线通信 → 功耗 → 散热 → 安装空间。

对人形机器人而言,合理的做法并不是用一台高性能计算机承担所有任务,而是把感知、决策和实时控制分别放在适合的硬件节点上。这样既能保证运动控制的实时性,也方便后期增加相机、传感器和新的算法模块。

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