基于NI PXI平台搭建人形机器人主控板硬件在环（HIL）测试系统
2025-09-03
NI主控、电机与机械部件核心测试方案拆解
主控系统是机器人的大脑，负责其智能与决策，其电机提供运动能力的强大肌肉，而其复杂的机械部件则构成了赋予其结构的坚韧骨骼。确保这套“大脑、肌肉与骨骼”系统的安全性、可靠性与最佳性能是重中之重。NI提供灵活、可扩展且开放的解决方案，全面赋能机器人主控、电机与机械部件的测试。
人形机器人中控制算法的安全性、实时性和可靠性验证尤为关键。人形机器人通常工作在复杂动态的环境中，依赖于高度耦合的感知、规划与控制系统。软件在环（SIL）测试是验证控制算法的重要步骤，但其局限在于无法验证算法在真实场景条件下的响应行为。
在SIL验证后便将算法部署至真实机器人，难以确保算法的可靠性，用户在测试时机器人运动难以符合期望，用户在测试中常遇到电线缠绕损坏昂贵机械臂、机器人失控引发危险等情况，这也是 NI 常收到的用户反馈。
人形机器人中涉及的零部件众多，为了保证主控板能够控制各部件符合期望运行，必须使其不同接口的输入保持极高的实时同步性。基于NI PXI平台构建的硬件在环（HIL）测试系统，凭借丰富的通信接口、卓越的时间同步能力和实时响应性能，能够帮助用户构建高度贴近真实环境的仿真系统，NI强烈建议用户在SIL与HIL测试全部验证完毕后部署算法，这样的做法能很大程度避免上述情况。
图1：人形机器人主控板硬件在环测试系统
在针对主控板HIL测试系统中，NI现有产品覆盖了全面的接口类型：
图2：NI人形机器人硬件在环测试系统模块
人形机器人的主控系统作为决策中心，与智能感知系统、运动执行系统和动力系统等交互频繁。在真实场景中，主控板需要对关节、电机、电流环路等实现毫秒级闭环控制，这就要求各部件或系统的模型能够以高达1000 Hz的固定步长速率运行。
NI PXI系统中运行NI Linux RT高实时性操作系统，使得部署在其中的模型能够以高频率运行，并与仿真场景通过PTP精确时间同步，共享统一时间轴。NI极其擅长打通场景仿真软件与模型之间的壁垒，我们已成功验证数款主流场景仿真软件与PXI系统的兼容性。
图3：NI PXI系统实现不同类型设备之间的高同步性
NI PXI系统中可将将各类接口数据以固定周期同步发送至主控板。基于NI PXI平台搭建针对人形机器人的主控板HIL测试系统，不仅能够保证不同类型信号间μs级的同步性，从而贴近真实场景，还能与SIL测试环境如NVIDIA Issac等无缝结合。下图展示了NVIDIA Issac与NI硬件在环测试系统结合的方案架构。
图4：人形机器人主控板HIL测试系统架构
随着机器人技术的不断发展，对测试的要求也必会日益提升。只有通过完善而高效的测试体系，才能确保机器人在复杂多变的应用场景中始终保持卓越表现。借助NI 的创新测试平台，企业不仅能够加速产品迭代，还能在安全性与可靠性上赢得更大优势，为人性机器人行业的未来发展奠定坚实基础。
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