キャリアボード設計、I/Oマッピング、AIと制御の分割、ソフトウェアのポータビリティ、ライフサイクル管理が、スケーラブルな産業用ロボティクスをどのように形づくるのかをご紹介します。
AIモデルは機能しています。認識とナビゲーションも検証済みです。ロボットは制御された環境内を移動できます。次の課題は、もはやコンセプトを実証することではなく、それを中心に量産システムを設計することです。
Arduino® VENTUNO™ Qから開発を始めるチームにとって、この移行は完全なやり直しでも、単に1枚のボードを別のボードに置き換えることでもありません。アプリケーションロジック、AIモデル、開発ワークフローには継続性を持たせられる場合があります。一方、量産用ハードウェアは、ロボットの実際の動作要件を中心に設計する必要があります。必要なカメラの台数、アクチュエーターの接続方法、時間制約の厳しい制御機能をどこで実行するか、そして最終筐体内で電力および熱の制約をどのように管理するかを考慮しなければなりません。
量産用SOMは開発プラットフォームをそのまま置き換えるものではない
VENTUNO Qは、ロボティクスアプリケーションを迅速に開発・検証するための統合環境を提供します。量産を想定したSystem-on-Moduleは異なる設計思想に基づいており、最終システムの要件に合わせてハードウェアアーキテクチャを適応できる柔軟性を備えています。
SECOのSOM-SMARC-Dragonwing-IQ8は、Qualcomm Dragonwing™ IQ8 Seriesの処理能力と、最大40 dense TOPSのAI性能をコンパクトなSMARC® Rel. 2.2フォームファクターに統合しています。量産向けモジュールとして、用途に特化したロボティクスシステムを構築するために必要な演算処理、メモリ、高速I/Oの基盤を提供します。
統合型開発プラットフォームとは異なり、量産用SOMは、プロトタイピングで使用したすべてのコネクターやサブシステムを再現するのではなく、用途に特化したシステムへ組み込むことを前提に設計されています。そのため、最終的なロボットに合わせて設計されたキャリアボードを介して統合され、用途固有のインターフェース、制御リソース、その他の補助コンポーネントをターゲットシステムの要件に応じて選択できます。
オープンな開発環境から、筐体内で連続稼働するロボットへ移行すると、さらに実用上の制約が生じます。継続的なAIワークロードは、利用可能な電力、周囲温度、放熱と併せて検討する必要があります。SOM-SMARC-Dragonwing-IQ8はパッシブ熱管理をサポートし、-40°C～+85°Cをカバーする産業用温度仕様も用意されています。これにより、最終的な機械設計および熱設計へモジュールを組み込む際の柔軟性が高まります。
ロボティクスに不可欠なインターフェースを中心にキャリアボードを設計
キャリアボードは、コンピュートモジュールがロボットの他の部分とどのように連携するかを決定します。その設計は、2つのプラットフォームのI/Oマップを直接比較することからではなく、アプリケーションアーキテクチャを起点とすべきです。
ロボティクス設計向けに、SOM-SMARC-Dragonwing-IQ8は、さまざまなセンシングおよび制御アーキテクチャを構築するために必要な接続性を提供します。これには、構成可能なPCIe Gen4、最大2.5 GbE対応のデュアルEthernet、デュアルCAN-FD、UART、さらにビジョンシステム向けの2レーンおよび4レーンMIPI-CSIオプションが含まれます。エンジニアリング上のポイントは、単にどのインターフェースが利用できるかではなく、最終的なロボットが実際にどのインターフェースを必要とするかです。
こうした要件は、キャリアアーキテクチャそのものを形づくります。ビジョンシステムでは異なるMIPI-CSI構成が求められる場合があり、制御機能とセンシング機能は利用可能なCAN-FDおよびPCIeリソースに応じて選択・割り当てる必要があります。また、ネットワーク帯域幅と物理的な接続性は、ターゲット環境においてロボットが機械やインフラとどのように連携するかを反映したものでなければなりません。
AIコンピューティングプラットフォーム、制御アーキテクチャ、そしてロボットの物理設計は、1つのシステムとして検討する必要があります。
継続できるものと、適応が必要なもの
量産アーキテクチャへの移行は、プロトタイピング段階で開発したアプリケーションを必ずしも破棄することを意味しません。AIモデル、上位レベルのアプリケーションロジック、一部のソフトウェアコンポーネント、使い慣れた開発ワークフローは、それぞれのハードウェアおよびソフトウェア依存関係に応じて再利用できる可能性があります。
ただし、この継続性は、量産への移行がワンクリックで完了することを意味するものではありません。
そのため、ソフトウェアのポータビリティは、キャリアアーキテクチャや最終システムの要件と併せて検討する必要があります。同じAIエンジン上でモデルを実行できたとしても、その周辺のソフトウェアは、量産ロボット向けに選択されたカメラ、センサー、制御システム、その他の周辺機器と正しく通信できなければなりません。
SECOは、キャリアボード設計の専門知識、I/Oマッピング、BSPサポート、ドライバー統合、組み込みエンジニアリングサービスを通じて、この移行を支援します。これにより、チームはハードウェア開発とソフトウェア開発を個別のワークストリームとして扱うのではなく、連携させて進めることができます。
AIと決定論的制御の分割
重要なアーキテクチャ上の判断の1つは、量産システム内でAI処理と時間制約の厳しい制御機能をどのように分配するかです。アプリケーションによっては、これらの機能が異なる演算・制御リソースを使用する場合があり、レイテンシー、分離、安全性、制御要件を考慮して最適な分割方法を決定する必要があります。
これは、統合型プロトタイピングプラットフォームからモジュール型のSOMベースアーキテクチャへ移行する際に特に重要になります。最終的なロボットの要件に合わせて、制御機能を再配置する必要が生じる可能性があるためです。
カスタムキャリアボードの前にプラットフォームを検証
カスタムキャリアボードへ移行する前に、エンジニアリングチームはSECOのEVAL-KIT-SOM-SMARCおよびModular Vision Kitを使用して、SOM-SMARC-Dragonwing-IQ8を評価できます。これらのプラットフォームを活用することで、最終的な用途別キャリアボードを開発している間に、モジュールの初期検証、周辺機器のテスト、ソフトウェア統合を進めることができます。
ただし、これらは最終システムの検証に代わるものではありません。最終システムでは、カスタムキャリアボード、熱設計、制御アーキテクチャ、用途固有のインターフェースをターゲットアプリケーション内で一体として検証する必要があります。
ハードウェアとソフトウェアを初期段階から連携
ハードウェア統合だけでは、量産プラットフォームは完成しません。オペレーティングシステム、BSP、ドライバー、アプリケーション環境を含むソフトウェア基盤も、ターゲットハードウェアとともに進化させる必要があります。
アプリケーションのポータビリティとプラットフォームソフトウェアのサポートは、この移行における異なる2つの要素です。プロトタイピング中に開発したAIモデルやアプリケーションロジックは再利用できる可能性がありますが、BSP、ドライバー、ハードウェア固有の統合については、引き続きターゲットシステムに合わせた適応が必要です。SOM-SMARC-Dragonwing-IQ8向けのソフトウェア環境は、プラットフォームレベルのLinuxサポートと、アプリケーションのデプロイ、保守性、ライフサイクル管理のための一貫した産業用基盤へとつながるClea OSのパスを組み合わせています。
そのため、キャリア設計、BSP開発、ドライバー統合、アプリケーションポーティングは、連携した活動として進める必要があります。
最初の1台だけでなく、その先を見据えたプラットフォーム設計
量産アーキテクチャは、最初の導入だけでなく、将来のロボットバリエーションや次世代製品にも対応できるようにする必要があります。
SMARCのモジュール構造により、インターフェースとシステム要件の互換性が維持される限り、関連製品間で再利用可能なキャリアアーキテクチャを開発できます。これにより、将来の再設計に必要な工数を削減し、メーカーはプラットフォーム全体を再構築することなく、センシング構成、アプリケーションソフトウェア、演算オプションを進化させることができます。
SOM-SMARC-Dragonwing-IQ8は、産業用コンピューティングの基盤を提供します。SECOのキャリアボード設計に関する専門知識、組み込みエンジニアリングサポート、Cleaソフトウェアインフラストラクチャにより、チームはそれを中心に完全なロボティクスプラットフォームを設計できます。
次の産業用ロボティクスプラットフォームに向けたSOM-SMARC-Dragonwing-IQ8の評価にご関心をお寄せください。