的半埋岩石和干沟。
需要更大的机身,才能塞进足够的电池和科学载荷。
需要更强的驱动,才能在爬三十七度碎石坡时不喘。
但机身大了,重量就上去了。
重量上去了,对减速器和电机的压力也跟着上去了。
这是一个互为因果的非线性多变量工程耦合问题。
单靠人类工程师用传统的经验公式在草稿纸上拼凑参数,极易陷入面加多水加多的死循环。
江临在S-Kernel,新建了一个项目。
【G-Explorer_rphology_optization(G-Explorer机械构型拓扑优化与运动学搜索)】。
这个项目的核心目的,是在江临目前备品库中现有的、参数固定的无刷电机最大功率密度,以及库存中级别最高的那批谐波减速器极限输出扭矩的刚性约束下,通过改变机身的长宽比、大腿和小腿的几何长度、以及六条腿在机身两侧的安装基线位置,来最大化平台的有效载荷比。
同时,必须硬性满足三个指标:底盘离地间隙不低于50厘米、单步垂直越障高度不低于40厘米、满载状态下物理续航里程不低于10公里。
这一场运算,工作站整整跑了一个月。
因为这不是在cpU指令集里找最优的sort5那种几十秒就能穷举的小型数学问题。
多足机器人的结构参数空间是一个连续的、高维的、充满了局部极值陷阱的拓扑空间。
要想在其中找到全局最优解,必须对空间进行极其精细的离散化采样,并引入分层剪枝算法。
S-Kernel最初诞生时,其底层的数学逻辑是为了搜索微内核微码指令序列而构建的。
为了让它能够跨界处理复杂的机械结构和动态力学优化,江临在过去的数个周期里,硬生生地为它编写了大量额外的空间几何约束建模、多刚体动力学仿真接口,以及基于接触力学的非线性有限元评估插件。
不过这也正是江临想做的。
拓宽S的能力边界。
低熵工坊将来如果真正站稳脚跟,从重型救援平台、野外勘探平台,到小型管廊巡检平台,都可能提出完全不同的构型约束。
到那时,如果每一款机器都要靠人类研发团队重新画图、重新标定动力学模型,公司的研发成本和时间周期会被迅速拖垮。
他必须让S在底层承担起结构参数、连杆长度和电机匹配的自适应探索工作。
人类只需要定义边界,剩下的交给数学。
一个月后,S按江临预先定义好的变量区间、约束条件和失败样本压缩成一批候选构型。
G-Explorer的机身长度被定格在1.2米,宽度0.7米。
机身框架用铝合金方管焊接骨架,外包回收铝板蒙皮。
六条腿各由三节组成,股节、胫节、足端,关节处用他库存里的那批谐波减速器。
电机则全部选用大功率的高压无刷直流电机,外壳加装了他亲手切削的散热鳍片。
至于足端的设计,他单独开了一个子项目。
废土荒原从石屋到天幕站二十多公里的路线上,至少会经过四种截然不同的地表类型。
靠近石屋的硬质戈壁,板结红土,摩擦力高,不易沉陷。
中间段的干涸河床,卵石和细沙混合,表面不稳定,容易滑移。
北偏西方向的碎石滩,尖锐碎石,对足端材料的切割和冲击极大。
天幕站周边的废墟堆积,混凝土碎块、锈蚀钢筋、金属碎片,地形极不规则。
四种完全迥异的地表,对足端材料和几何构型的物理诉求在力学方程上是全面冲突的。
硬质戈壁要求面积小、刚度高,干涸河床要求面积大、结构柔,碎石滩要求抗震抗割,废墟堆积则呼唤多肢抓握。
没有一种材料能同时满足所有要求。
既然物理材料无法做到万能,那工程的逻辑就必须做出改变。
江临在G-Explorer的设计图纸中,果断在胫节末端创造性地引入了一个【标准快拆式足端模块接口】。
每只足端的底部不是直接固定在胫节上,而是通过一组精密车削的自锁燕尾槽,辅以一个高刚度的机械弹簧卡销与胫节末端相连。
在接口内部,他巧妙地布置了六枚由特种合金制成的耐磨接触电刷,当足端模块滑入燕尾槽并发出清脆的咔哒锁死声时,电刷会自动贴合,将足端内部的薄膜压力传感器和温度传感器信号无缝接入大腿根部的采集总线。
更换一只足端,整个过程只需要用手指用力按下弹簧释放销,向外一滑,再将新足端推进去即可。
全程耗时不到五秒钟,不需要动用螺丝刀或扳手等任何工具。
不追求一个通用的万能硬件,而是通过极致的可替换性,去解耦物理环境的极端冲突。
针对这条路线上的四种复杂地形,江临利用加工间里的设备,打造出了四种完全不同形态的可替换足端模块。
硬质戈壁足端采用他之前在废土里跑通的最优配方pocF-07。
构型为一个小直径的半球体,底部切削出几道平行的尖锐浅槽。
它的任务是以极高的材料刚度,在硬质红土地上踩碎浮砂,提供无与伦比的前向推力。
软质地面足端,基材选用高韧性的超高分子量聚乙烯。
在足端中部,他加装了一个直径达二十厘米、形似飞碟的柔性防沉陷扩展盘。
盘体边缘切薄,允许发生一定幅度的弹性翘曲。
当机器踩入松软河床时,扩展盘迅速展开,将单足压强降低到原本的十几分之一,阻止腿部下陷。
碎石滩足端,采用pocF-07加厚注塑件作为核心骨架。
但在整个球体外围,江临利用废旧轮胎橡胶在小型硫化炉里进行重复加温硬化,为它整体包覆了一层厚达十五毫米的回收耐磨橡胶缓冲垫。
这层橡胶像是一个高效的物理低通滤波器,专门用来吸收和消散尖锐碎石砸向关节时产生的致命高频瞬态冲击波。
废墟足端则是构型最奇特的一个模块。
它的底部不是球形,而是由三根通过扭转弹簧连接,呈一百二十度放射状排布的硬质钢制可弯曲钩爪构成。
当足端落到不规则的混凝土碎块或锈铁管上时,三根钩爪在重力作用下会发生被动偏转,顺应物体的几何外形向内抓拢,形成物理上的形闭合而非单纯依赖摩擦力的摩擦闭合。
它能让G-Explorer像一只机械巨鹰一样,稳稳地伫立在摇摇欲坠的废墟之上。
每次随车远征出发前,江临会先掏出离线地图评估前半程和后半程的地形分布。
然后极其任性地给G-Explorer的六条腿分别装上完全不同的混搭足端组合。
前肢需要承担更多的障碍试探、废墟攀爬和地形抠抓任务?
那就给左右前腿全部装上抓握力无敌的【废墟足端】。
中肢和后肢在行走时承担了整机超过百分之七十的静载荷与前向驱动力?
那就给它们装上耐磨且抗震的【戈壁足端】或【碎石足端】。
让不同的硬件模块在同一个非周期状态机的指挥下,各司其职。
这种模块化的思维,成为了整个底盘系统在废土高生存率的基石。
然而,能源系统依然是横亘在G-Explorer面前最大的一座硬件大山。
从石屋到天幕站,单程二十多公里,直线距离虽然看起来不长,但由于中途存在大量的绕行路径和垂直起伏,实际往返一趟的物理总里程绝对不低于六十公里。
而对于一台自重加上载荷接近一百公斤,在恶劣的松散非结构化地形上进行高动态行走的六足机器人来说,由于足端频繁打滑,关节频繁对抗不稳承重面,其每公里的综合能耗经过S的严密估算,将高达0.25至0.4 kwh/k
这就意味着单靠机载电池驱动,G-Explorer在下地下迈步走完十几公里后,电量就会全面耗尽,根本无法支撑长达六十公里的漫长往返旅程。
“如果让一头长途远征的猎犬从家门口就一跑到底,它还没到猎场就累死了。”
江临坐在图纸前,用铅笔划掉了全步行远征的幼稚想法。
在长达数十公里的漫长长途旅行阶段,它将作为一个死重量,被稳稳地捆扎在电动越野摩托车的后货架拖挂车或低位携行架上。
由摩托车那个经过重度改装的高能电池组作为主力动力源,拖曳着它以五十公里的时速在相对平整的废弃公路段完成超长距离的战术抵近。
这种轮足协同的能源使用策略,虽然在转场时显得有些繁琐,无法展现出某种科幻电影里一跑到底的潇洒,但在真实废土上,这是唯一能兼顾长续航与高通过性的手段。
接下来是导航系统。
这是一个在废土上足以让任何现实世界高级架构师发疯的子系统。
现实世界里,定位导航高度可以依赖分布在近地轨道上的GpS或北斗导航卫星星座。
只要能收到四颗以上的卫星信号,RtK高精度差分定位就能提供厘米级的绝对坐标。
同时,城市里到处都是由基站发出的5G网络信号和清晰的室内无线电信标。
但在这里,导航的每一米,都需要机器用身体去硬生生丈量。
江临为G-Explorer构建了一套带有浓厚复古科幻色彩的四重冗余无源导航架构。
第一重,是捷联式惯性导航。
利用两块光纤陀螺仪作为高频位姿估计的核
需要更大的机身,才能塞进足够的电池和科学载荷。
需要更强的驱动,才能在爬三十七度碎石坡时不喘。
但机身大了,重量就上去了。
重量上去了,对减速器和电机的压力也跟着上去了。
这是一个互为因果的非线性多变量工程耦合问题。
单靠人类工程师用传统的经验公式在草稿纸上拼凑参数,极易陷入面加多水加多的死循环。
江临在S-Kernel,新建了一个项目。
【G-Explorer_rphology_optization(G-Explorer机械构型拓扑优化与运动学搜索)】。
这个项目的核心目的,是在江临目前备品库中现有的、参数固定的无刷电机最大功率密度,以及库存中级别最高的那批谐波减速器极限输出扭矩的刚性约束下,通过改变机身的长宽比、大腿和小腿的几何长度、以及六条腿在机身两侧的安装基线位置,来最大化平台的有效载荷比。
同时,必须硬性满足三个指标:底盘离地间隙不低于50厘米、单步垂直越障高度不低于40厘米、满载状态下物理续航里程不低于10公里。
这一场运算,工作站整整跑了一个月。
因为这不是在cpU指令集里找最优的sort5那种几十秒就能穷举的小型数学问题。
多足机器人的结构参数空间是一个连续的、高维的、充满了局部极值陷阱的拓扑空间。
要想在其中找到全局最优解,必须对空间进行极其精细的离散化采样,并引入分层剪枝算法。
S-Kernel最初诞生时,其底层的数学逻辑是为了搜索微内核微码指令序列而构建的。
为了让它能够跨界处理复杂的机械结构和动态力学优化,江临在过去的数个周期里,硬生生地为它编写了大量额外的空间几何约束建模、多刚体动力学仿真接口,以及基于接触力学的非线性有限元评估插件。
不过这也正是江临想做的。
拓宽S的能力边界。
低熵工坊将来如果真正站稳脚跟,从重型救援平台、野外勘探平台,到小型管廊巡检平台,都可能提出完全不同的构型约束。
到那时,如果每一款机器都要靠人类研发团队重新画图、重新标定动力学模型,公司的研发成本和时间周期会被迅速拖垮。
他必须让S在底层承担起结构参数、连杆长度和电机匹配的自适应探索工作。
人类只需要定义边界,剩下的交给数学。
一个月后,S按江临预先定义好的变量区间、约束条件和失败样本压缩成一批候选构型。
G-Explorer的机身长度被定格在1.2米,宽度0.7米。
机身框架用铝合金方管焊接骨架,外包回收铝板蒙皮。
六条腿各由三节组成,股节、胫节、足端,关节处用他库存里的那批谐波减速器。
电机则全部选用大功率的高压无刷直流电机,外壳加装了他亲手切削的散热鳍片。
至于足端的设计,他单独开了一个子项目。
废土荒原从石屋到天幕站二十多公里的路线上,至少会经过四种截然不同的地表类型。
靠近石屋的硬质戈壁,板结红土,摩擦力高,不易沉陷。
中间段的干涸河床,卵石和细沙混合,表面不稳定,容易滑移。
北偏西方向的碎石滩,尖锐碎石,对足端材料的切割和冲击极大。
天幕站周边的废墟堆积,混凝土碎块、锈蚀钢筋、金属碎片,地形极不规则。
四种完全迥异的地表,对足端材料和几何构型的物理诉求在力学方程上是全面冲突的。
硬质戈壁要求面积小、刚度高,干涸河床要求面积大、结构柔,碎石滩要求抗震抗割,废墟堆积则呼唤多肢抓握。
没有一种材料能同时满足所有要求。
既然物理材料无法做到万能,那工程的逻辑就必须做出改变。
江临在G-Explorer的设计图纸中,果断在胫节末端创造性地引入了一个【标准快拆式足端模块接口】。
每只足端的底部不是直接固定在胫节上,而是通过一组精密车削的自锁燕尾槽,辅以一个高刚度的机械弹簧卡销与胫节末端相连。
在接口内部,他巧妙地布置了六枚由特种合金制成的耐磨接触电刷,当足端模块滑入燕尾槽并发出清脆的咔哒锁死声时,电刷会自动贴合,将足端内部的薄膜压力传感器和温度传感器信号无缝接入大腿根部的采集总线。
更换一只足端,整个过程只需要用手指用力按下弹簧释放销,向外一滑,再将新足端推进去即可。
全程耗时不到五秒钟,不需要动用螺丝刀或扳手等任何工具。
不追求一个通用的万能硬件,而是通过极致的可替换性,去解耦物理环境的极端冲突。
针对这条路线上的四种复杂地形,江临利用加工间里的设备,打造出了四种完全不同形态的可替换足端模块。
硬质戈壁足端采用他之前在废土里跑通的最优配方pocF-07。
构型为一个小直径的半球体,底部切削出几道平行的尖锐浅槽。
它的任务是以极高的材料刚度,在硬质红土地上踩碎浮砂,提供无与伦比的前向推力。
软质地面足端,基材选用高韧性的超高分子量聚乙烯。
在足端中部,他加装了一个直径达二十厘米、形似飞碟的柔性防沉陷扩展盘。
盘体边缘切薄,允许发生一定幅度的弹性翘曲。
当机器踩入松软河床时,扩展盘迅速展开,将单足压强降低到原本的十几分之一,阻止腿部下陷。
碎石滩足端,采用pocF-07加厚注塑件作为核心骨架。
但在整个球体外围,江临利用废旧轮胎橡胶在小型硫化炉里进行重复加温硬化,为它整体包覆了一层厚达十五毫米的回收耐磨橡胶缓冲垫。
这层橡胶像是一个高效的物理低通滤波器,专门用来吸收和消散尖锐碎石砸向关节时产生的致命高频瞬态冲击波。
废墟足端则是构型最奇特的一个模块。
它的底部不是球形,而是由三根通过扭转弹簧连接,呈一百二十度放射状排布的硬质钢制可弯曲钩爪构成。
当足端落到不规则的混凝土碎块或锈铁管上时,三根钩爪在重力作用下会发生被动偏转,顺应物体的几何外形向内抓拢,形成物理上的形闭合而非单纯依赖摩擦力的摩擦闭合。
它能让G-Explorer像一只机械巨鹰一样,稳稳地伫立在摇摇欲坠的废墟之上。
每次随车远征出发前,江临会先掏出离线地图评估前半程和后半程的地形分布。
然后极其任性地给G-Explorer的六条腿分别装上完全不同的混搭足端组合。
前肢需要承担更多的障碍试探、废墟攀爬和地形抠抓任务?
那就给左右前腿全部装上抓握力无敌的【废墟足端】。
中肢和后肢在行走时承担了整机超过百分之七十的静载荷与前向驱动力?
那就给它们装上耐磨且抗震的【戈壁足端】或【碎石足端】。
让不同的硬件模块在同一个非周期状态机的指挥下,各司其职。
这种模块化的思维,成为了整个底盘系统在废土高生存率的基石。
然而,能源系统依然是横亘在G-Explorer面前最大的一座硬件大山。
从石屋到天幕站,单程二十多公里,直线距离虽然看起来不长,但由于中途存在大量的绕行路径和垂直起伏,实际往返一趟的物理总里程绝对不低于六十公里。
而对于一台自重加上载荷接近一百公斤,在恶劣的松散非结构化地形上进行高动态行走的六足机器人来说,由于足端频繁打滑,关节频繁对抗不稳承重面,其每公里的综合能耗经过S的严密估算,将高达0.25至0.4 kwh/k
这就意味着单靠机载电池驱动,G-Explorer在下地下迈步走完十几公里后,电量就会全面耗尽,根本无法支撑长达六十公里的漫长往返旅程。
“如果让一头长途远征的猎犬从家门口就一跑到底,它还没到猎场就累死了。”
江临坐在图纸前,用铅笔划掉了全步行远征的幼稚想法。
在长达数十公里的漫长长途旅行阶段,它将作为一个死重量,被稳稳地捆扎在电动越野摩托车的后货架拖挂车或低位携行架上。
由摩托车那个经过重度改装的高能电池组作为主力动力源,拖曳着它以五十公里的时速在相对平整的废弃公路段完成超长距离的战术抵近。
这种轮足协同的能源使用策略,虽然在转场时显得有些繁琐,无法展现出某种科幻电影里一跑到底的潇洒,但在真实废土上,这是唯一能兼顾长续航与高通过性的手段。
接下来是导航系统。
这是一个在废土上足以让任何现实世界高级架构师发疯的子系统。
现实世界里,定位导航高度可以依赖分布在近地轨道上的GpS或北斗导航卫星星座。
只要能收到四颗以上的卫星信号,RtK高精度差分定位就能提供厘米级的绝对坐标。
同时,城市里到处都是由基站发出的5G网络信号和清晰的室内无线电信标。
但在这里,导航的每一米,都需要机器用身体去硬生生丈量。
江临为G-Explorer构建了一套带有浓厚复古科幻色彩的四重冗余无源导航架构。
第一重,是捷联式惯性导航。
利用两块光纤陀螺仪作为高频位姿估计的核