基于NI PXI平臺搭建人形機器人主控板硬件在環（HIL）測試系統
2025-09-03
NI主控、電機與機械部件核心測試方案拆解
主控系統是機器人的大腦，負責其智能與決策，其電機提供運動能力的強大肌肉，而其復雜的機械部件則構成了賦予其結構的堅韌骨骼。確保這套“大腦、肌肉與骨骼”系統的安全性、可靠性與最佳性能是重中之重。NI提供靈活、可擴展且開放的解決方案，全面賦能機器人主控、電機與機械部件的測試。
人形機器人中控制算法的安全性、實時性和可靠性驗證尤為關鍵。人形機器人通常工作在復雜動態的環境中，依賴于高度耦合的感知、規劃與控制系統。軟件在環（SIL）測試是驗證控制算法的重要步驟，但其局限在于無法驗證算法在真實場景條件下的響應行為。
在SIL驗證后便將算法部署至真實機器人，難以確保算法的可靠性，用戶在測試時機器人運動難以符合期望，用戶在測試中常遇到電線纏繞損壞昂貴機械臂、機器人失控引發危險等情況，這也是 NI 常收到的用戶反饋。
人形機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行，必須使其不同接口的輸入保持極高的實時同步性。基于NI PXI平臺構建的硬件在環（HIL）測試系統，憑借豐富的通信接口、卓越的時間同步能力和實時響應性能，能夠幫助用戶構建高度貼近真實環境的仿真系統，NI強烈建議用戶在SIL與HIL測試全部驗證完畢后部署算法，這樣的做法能很大程度避免上述情況。
圖1：人形機器人主控板硬件在環測試系統
在針對主控板HIL測試系統中，NI現有產品覆蓋了全面的接口類型：
圖2：NI人形機器人硬件在環測試系統模塊
人形機器人的主控系統作為決策中心，與智能感知系統、運動執行系統和動力系統等交互頻繁。在真實場景中，主控板需要對關節、電機、電流環路等實現毫秒級閉環控制，這就要求各部件或系統的模型能夠以高達1000 Hz的固定步長速率運行。
NI PXI系統中運行NI Linux RT高實時性操作系統，使得部署在其中的模型能夠以高頻率運行，并與仿真場景通過PTP精確時間同步，共享統一時間軸。NI極其擅長打通場景仿真軟件與模型之間的壁壘，我們已成功驗證數款主流場景仿真軟件與PXI系統的兼容性。
圖3：NI PXI系統實現不同類型設備之間的高同步性
NI PXI系統中可將將各類接口數據以固定周期同步發送至主控板。基于NI PXI平臺搭建針對人形機器人的主控板HIL測試系統，不僅能夠保證不同類型信號間μs級的同步性，從而貼近真實場景，還能與SIL測試環境如NVIDIA Issac等無縫結合。下圖展示了NVIDIA Issac與NI硬件在環測試系統結合的方案架構。
圖4：人形機器人主控板HIL測試系統架構
隨著機器人技術的不斷發展，對測試的要求也必會日益提升。只有通過完善而高效的測試體系，才能確保機器人在復雜多變的應用場景中始終保持卓越表現。借助NI 的創新測試平臺，企業不僅能夠加速產品迭代，還能在安全性與可靠性上贏得更大優勢，為人性機器人行業的未來發展奠定堅實基礎。
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