Le kit de démarrage robotique d'AMD accélère la conception

La robotique réunit de nombreux éléments d’ingénierie. L’intégration de nouveaux composants et éléments crée de nouveaux changements dans le framework. Un autre défi consiste à maintenir des performances élevées avec des changements de framework. Le fait de devoir apporter des adaptations en fonction de ces changements ouvre la voie à l’informatique adaptative, composant de pointe qui améliore les temps de réponse, les capacités et la flexibilité des robots tout au long des cycles de vie industriels. Les kits de démarrage robotiques comme le Kria™ KR260 d’AMD Xilinx offrent aux roboticiens des éléments de base afin de mettre en œuvre efficacement des conceptions créées avec ROS 2. Il est ainsi possible de raccourcir les cycles de conception grâce à des plateformes de développement prêtes à l’emploi que les ingénieurs peuvent évaluer et prototyper plus rapidement et qui intègrent la vision par ordinateur (machine vision), l’IA, la robotique, des fonctions industrielles, la communication et le contrôle.

Se familiariser avec la conception robotique autonome moderne

Alors que les processeurs, la mémoire et les communications hautement intégrés nous ont grandement simplifié la tâche, les algorithmes et les techniques utilisés pour fabriquer un robot autonome ont une portée bien supérieure à la carte mère et au processeur. L’informatique adaptative ne se limite pas aux simples séquenceurs et aux machines à états. L’IA et les techniques d’apprentissage automatique (machine learning) aident désormais les machines à définir leur prochain plan d’action lorsque surviennent des circonstances inattendues.

Plus récemment, les solutions de système sur puce (SoC) et de système sur module (SoM) hautement intégrées ont permis d’atteindre des niveaux de sophistication plus élevés tout en utilisant moins d’espace. Un SoM peut intégrer des processeurs, des E/S, des interfaces câblées ou sans fil, une mémoire embarquée, une unité de gestion de l’alimentation ainsi qu’un système de sécurité dans une carte de taille réduite. Cela permet de gagner du temps lors de la conception, du prototypage, des tests et du débogage de fonctionnalités de base telles que le Wi-Fi^™, l’USB, les interfaces de vision et les périphériques réseau.

Il existe toutefois un important sujet de préoccupation, à savoir l’utilisation de capteurs et plus particulièrement l’interprétation par le robot des données fournies par les capteurs et les décisions qu’il prendra sur cette base. Cette inquiétude ne concerne pas uniquement les robots mobiles. En raison d’une main-d’œuvre moins nombreuse et de problèmes de chaîne d’approvisionnement, les délais de fabrication doivent être adaptés en conséquence et même les robots d’usine et les machines industrielles sont mis à rude épreuve.

Heureusement, les ingénieurs peuvent avoir recours à de nombreux processeurs puissants, dotés d’un ou de plusieurs cœurs et capables de réaliser des tâches individuelles et coordonnées. Ces processeurs peuvent exécuter des logiciels open source ou « maison » grâce auxquels les équipes de conception peuvent évaluer rapidement diverses approches et affiner les algorithmes en fonction de leurs besoins.

Les systèmes d’exploitation robotiques comme ROS 2 fournissent des bibliothèques de logiciels et des outils pour la navigation, le contrôle du mouvement, la vision artificielle ainsi que des outils de visualisation 3D comme RVIS. Ces derniers sont très utiles pour la mise en œuvre de stratégies d’identification et d’évitement de dangers. Reste alors à l’équipe d’ingénierie d’opérer les choix les mieux adaptés aux applications.

Par exemple : implémentez-vous des systèmes vidéo haute résolution et un éclairage à utiliser et à décoder pour la navigation, ou utilisez-vous le LiDAR, des optiques réfléchissantes, des commutateurs de contact ou des mesures de distance à ultrasons pour la télémétrie et l’évitement d’objets ? Tout cela est possible et vous disposez pour ces approches de kits techniques modulaires qui vous permettent de prototyper, tester et évaluer la technologie spécifique.

Bien souvent, la combinaison de plusieurs technologies permet de tirer parti de chacune d’entre elles tout en obtenant de meilleurs résultats que si l’on avait utilisé une seule technologie. Par exemple, la combinaison d’un processeur haut de gamme avec un FPGA hautes performances peut permettre aux programme fixes du processus de tirer parti de l’accélération matérielle des tâches offerte par un FPGA. En plus de permettre au produit final d'offrir de meilleures performances, cela permet aussi aux concepteurs d’expérimenter et de tester rapidement des approches variées sans recodage complet ni itérations de configuration de carte.

AMD Xilinx et les kits de démarrage robotiques

L’informatique adaptative suit l’évolution des exigences des applications robotiques. Elle doit reposer sur un ensemble fiable de règles et de techniques de résolution de problèmes afin de pouvoir répondre aux nouveaux défis de manière sûre, efficace et intelligente.

Le kit de démarrage robotique Kria KR260 d’AMD Xilinx fournit une plateforme destinée à la robotique et s’oriente ainsi vers l’informatique adaptative. Kria KR260 combine des cœurs Arm™ pour le traitement des applications et intègre le SoM Kria K26 offrant une logique programmable pour le traitement et le contrôle en temps réel. Il comprend en outre des interfaces prédéfinies pour prototyper rapidement des applications robotiques et industrielles. Proposé en versions commerciale et industrielle, le SoM Kria K26 (figure 1) est idéal pour le déploiement en production dans des applications de robotique, de vision embarquée et de vision artificielle.

Figure 1 : Les kits de démarrage robotiques Kria KR260 d’AMD Xilinx combinent des interfaces industrielles hautes performances et des fonctionnalités permettant aux ingénieurs de tester et d’évaluer des conceptions de robots autonomes intelligents (source : Mouser Electronics).

La mise en œuvre du kit ne nécessite aucun outil ou logiciel de développement propriétaire. AMD Xilinx indique que les développeurs d’entrée de gamme peuvent être opérationnels en moins d’une heure. L’App Store AMD Xilinx propose des applications accélérées telles que ROS 2 Perception Node. Les concepteurs peuvent aussi bien utiliser le framework ROS 2 que les langages Python, C++ et FPGA RTL.

Le kit de démarrage s’articule autour du SoM K26 d’AMD Xilinx, lequel dispose de 4 Go de mémoire DDR4, d’une alimentation électrique intégrée, d’une option de démarrage, du TPM 2.0 pour une sécurité renforcée et de connecteurs pour le mappage des E/S vers la carte porteuse (figure 2). Ce SoM est en outre cadencé à 1,33 GHz (TOP). À une telle fréquence, la logique surpassera systématiquement la prise de décision basée sur le code. Le SoM K26 peut être connecté sur une carte de support personnalisée pour l’IA de vision, la robotique, la communication industrielle, la commande et bien d’autres applications.

Figure 2 : le kit de démarrage robotique KR260 hautement intégré contient de nombreuses ressources matérielles pour les communications, les calculs, l’interfaçage de capteurs, le contrôle de mouvement et l’apprentissage adaptatif (source : AMD Xilinx).

La programmation et le débogage JTAG standard permettent d’accéder à tous les ports et périphériques intégrés, comme les 4 ports USB 3.0 qui peuvent être utilisés pour des interfaces de caméra comme le SLVS-EC ou pour d’autres types d’interfaces pouvant nécessiter jusqu’à 10 Go/s de bande passante comme les ports 5G. Un port d’affichage intégré d’une résolution de 1920x1080 peut s’avérer particulièrement utile dans le cadre d’opérations de développement et de débogage. Les deux ports Ethernet industriels permettent une connexion filaire haut débit à des périphériques compatibles Ethernet tels que des systèmes de commande de moteur et de retour de position.

Les multiples connecteurs d’extension Micro USB, UART/JTAG, Pmods et Raspberry Pi offrent une solution idéale pour établir une interface pour l’état opérationnel avec de nombreux capteurs et indicateurs à faible bande passante. Ces cartes de développement disposent même d’emplacements Micro SD intégrés qui peuvent être utilisés à des fins de développement et d’enregistrement de données.

Conclusion

Les outils dont disposent les ingénieurs doivent continuer d’évoluer à mesure que la technologie progresse. Le kit de démarrage robotique Kria KR260 est le moyen idéal pour se lancer dans le développement de robots autonomes.

L’accélération matérielle que nous venons de passer en revue permet non seulement de raccourcir les temps de conception et de développement, mais elle peut aussi rendre le produit fini beaucoup plus rapide par rapport à une approche reposant exclusivement sur le codage. Avec toutes ses fonctionnalités et capacités axées sur la robotique, le KR260 fournit une excellente plateforme de développement au SoM K26 prêt pour la production en vue d’accélérer n’importe quelle application industrielle robotique ou intelligente.