世界机器人大赛各类机器人赛项集中展现了人形机器人、共融机器人的前沿技术进展,也让行业清晰看到具身智能从演示表演走向真实作业所面临的底层技术考验。一台能够完成自主行走、物体抓取、环境交互的机器人,不仅需要大模型完成环境理解、任务决策,更要依靠底层运动控制系统实现关节高精度闭环。赛场之上,不少样机算法逻辑十分优秀,却会因为控制系统时序抖动,出现步态失衡、轨迹偏移,无法稳定完成完整任务。这一现象也折射出整个具身智能产业普遍遇到的现实矛盾:AI 大模型推理与微秒级硬实时运动控制,如何在同一套硬件平台和谐共存

随着具身智能技术快速演进,人形机器人、共融机器人对控制器提出了矛盾的双重要求。一方面,视觉感知、大模型推理、任务规划需要消耗大量算力资源,任务负载波动大,属于非确定性计算;另一方面,多关节伺服闭环、EtherCAT 总线运动控制,要求严格的微秒级周期确定性,一旦出现调度抖动,会直接引发步态偏移、关节震荡、轨迹失准等问题。

行业内比较常见的解决思路分为两类。第一类是双硬件架构,使用两块处理单元,一块负责 AI 推理,一块专门做运动控制,通过板间通信完成数据交互。该方案可以把实时性做到很高,但硬件成本上升,板间同步带来额外延迟,同时两套系统的部署、调试、后期维护成本显著增加,对中小研发团队并不友好。

第二类方案是单硬件架构,在同一颗多核 SoC 上同时承载 AI 业务与运动控制业务。通用 Linux 即使打上 PREEMPT‑RT 实时补丁,在 NPU/GPU 高负载推理场景下,内存带宽争抢、内核自旋锁、后台内核任务干扰依然会造成控制任务被抢占,控制周期抖动被放大,很多实验室演示环境表现正常,满负载长时间运行后就暴露出稳定性问题。

想要在单系统内兼顾两类任务,核心不是单纯提升 CPU 主频,而是任务资源的物理隔离机制。需要把硬实时运动控制任务绑定到独立 CPU 核心,实现中断独占、缓存隔离,把非实时的 AI 推理、视觉算法、ROS2 业务限定在其余核心运行,切断非实时业务对实时任务的干扰路径。

望获实时 Linux 正是基于这一思路打造的国产实时增强 Linux 系统,核心自研隔离器技术,不改动 Linux 上层生态,通过内核层调度隔离能力划分独立实时执行域。多核处理器中,指定核心完全交由实时任务独占,EtherCAT 主站、运动控制闭环运行在隔离域内;其余核心完整保留标准 Linux 全部能力,可正常运行大模型推理、视觉处理、业务应用。整套方案无需拆分两套硬件,保留完整 Linux 软件生态,同时保障运动控制链路的时序确定性,兼顾应用生态丰富度与硬实时性能。

实测环境下,国产多核硬件平台之上,基于该隔离机制运行 IgH EtherCAT 主站,125μs 控制周期下抖动可控制在 1.08μs;对比同平台普通 Preempt‑RT 环境,抖动指标下降 94%。既可以跑出 31.25μs 的短控制周期,上层依然可以正常执行 AI 推理任务,为具身机器人单硬件控制器提供了一条可行的技术路径。

开发者资源 望获 OS 面向研发人员开放测试镜像与相关示例程序,科研机构、企业研发团队可前往望获官网免费下载体验,直接在国产开发板上复现上述实时性测试结果,快速开展机器人、运动控制原型验证。

小结 具身智能的落地,不只是算法层面的迭代,底层操作系统的调度隔离能力,正在成为制约整机稳定性容易被忽视的关键一环。如何在一套硬件之上平衡 AI 算力与运动控制确定性,将会是未来人形机器人控制器持续探索的重要方向。

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