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能自動變形的“擎天柱”,背後或是消費級機器人產業的未來

由 三易生活 發表于 攝影2023-01-14
簡介在這12年裡,包括創始人在內的一大批深愛變形金剛IP的工程師和設計師,探索了各種不同的機器人研發思路,解決了海量的技術和設計難題,並實現了諸多從0到1的技術突破,最終才讓這款全球首個能自動變形的擎天柱成功與大家見面

變形器怎麼放回原來的

無論你是動漫迷、還是科幻作品愛好者,提到“變形金剛”想必不會感到陌生。特別是作為變形金剛代表的“擎天柱”這個角色,更是無數少年、青年,甚至中年人心目中,最知名的英雄、機甲形象之一。

能自動變形的“擎天柱”,背後或是消費級機器人產業的未來

在這個前提下,如果我們跟你說,現在有那麼一個機會可以讓你“駕駛”擎天柱,讓它聽從你的命令,根據你的話語行走、運動、變形,而且所有的這一切並非遊戲裡的“虛擬現實”,而是一臺活生生的、一臺現實存在於你面前,最重要的是可以自動完成各種變形的“柱子哥”,你會覺得興奮嗎?

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至少,如今從國內外大量影片博主、模玩愛好者、變形金剛粉絲和科技愛好者的開箱影片、展示的內容來看,他們普遍都已經開心得像個孩子一樣了。

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當然,我們三易生活並非關注模玩領域。雖然對於這款能操縱、能聲控、能自動變形的擎天柱固然也是興趣盎然,但我們的關注點並不在於它有多“炫酷”,而是在於其玩法、設計背後的複雜原理,以及其背後所折射出的”科技力量”。

外觀鑑賞:夠大、夠還原,還有不少獨特之處

為了更徹底的說明這一點,讓我們用更近的距離來觀察這款可以自動變形的擎天柱,來看看它外觀上有何玄機。

能自動變形的“擎天柱”,背後或是消費級機器人產業的未來

講真,如果你有買過那些由孩之寶或TAKARA出品的“手掰變形”擎天柱玩具,可能一眼就能看出,我們手頭這臺可以自動變形的擎天柱,在很多設計上其實是非常還原1984 G1動畫版造型的。

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擎天柱胸口的大窗和肩部的汽車人標誌

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手動取下腦後蓋板後對G1造型的進一步還原

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腳跟部位的燈組

但是除了這些一眼就能看出的經典結構(或者說動畫設定)部分外,在這臺擎天柱身上,我們還能看到一些在其他同類形象產品中從未見過的細節設計。

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比如說在“腳踝”部分,會看到縫隙裡露出的巨大的、三角形的金屬腳掌“內構”。

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又比如說在大腿根部,這臺擎天柱並未採用模玩中常見的球關或插銷平轉關節設計,而是使用了兩個碩大的U型電動關節來實現大腿根部的前後擺動。

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類似的地方,還有肩部引出關節和手臂的連線方式。同樣並非直插,而是裸露在外的、金屬材質的U型關節。

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為什麼這臺擎天柱要在已經非常成熟的玩具結構基礎上去做重新設計?因為從本質來看,其實是因為這臺擎天柱並非玩具,而是一臺真正的,具備雙足步行、運動、和甚至能夠自動變形的機器人,也是《變形金剛》動畫自問世後第一款能夠實現全自動變形的擎天柱產品。

從不變形到自動變形,背後的難度遠超你想象

根據官方公佈的技術資料顯示,大家所看到的這臺“擎天柱”全身上下塞進了足足27個伺服電機,用了60顆微晶片進行演算法驅動與運動控制,全身零件數量高達5000多片,才最終讓他能夠穩定、靈活的進行運動。那麼問題就來了,如此多的零部件、如此複雜的動力設計,又是如何與“擎天柱”的外觀以及變形結構,還有變形後的自主步行能力結合的呢?

能自動變形的“擎天柱”,背後或是消費級機器人產業的未來

為了弄清楚這一點,我們就需要請出另外一臺機器人,並將其與“擎天柱”放在一起進行比較了。

能自動變形的“擎天柱”,背後或是消費級機器人產業的未來

擎天柱旁邊這款星際偵察兵K1Pro,似乎更接近大家印象中的“機器人”產品。如果從產品設計的角度再進一步做觀察,則會發現擎天柱的部分關節和結構設計似乎跟K1 Pro有些接近。

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當然,雖然我們只用了“接近”這個詞,但這並不意味著可以自動變形的擎天柱,就是直接基於這款人形機器人產品進行的二次開發。根據我們從樂森方面瞭解到的資訊顯示,雖然擎天柱的人形形態看起來確實與不可變形的K1 Pro類似,但實際上這兩款產品從工業設計以及機械設計層面都有著本質上的不同。

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不同在哪呢?首先對於機器人來說,其最核心的部件就是驅動每個關節的舵機,機器人的運動能力或者說機器人的動作能否又快又穩又準,全看舵機的效能如何。畢竟舵機(或者更通俗地來說,也就是馬達)對於機器人來說,實際上同時發揮著“肌肉”和“關節”的雙重作用,它既要能夠帶動每一段軀體進行運動(動平衡),又要有足夠的機械強度、能夠支撐機器人各種不同角度上的姿態(靜穩定)。同時舵機越多也就意味著可動關節的數量越多,機器人就有可能做出更復雜的動作,實現更精細的變形,但舵機越多對於機器人結構美觀度以及舵機本身機械強度的要求,自然也會水漲船高。

與此同時,由於擎天柱是IP合作類產品,這就意味著樂森的工程師和設計師們必須要在確保外觀還原的同時,還能夠將支援各關節運動的舵機“藏”進柱子哥的身體裡。因此,大量的舵機都必須重新設計外觀、尺寸,以適配擎天柱本身的體型比例。同時舵機經重新設計後會帶來效能的改變,能否為機器人提供足夠的動能與支撐又成了附帶的技術“矛盾”。

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自動變形ing

其次,擎天柱與普通的人形機器人相比,“自動變形”是其最大的特徵。這也就意味著,它全部的舵機都必需要同時考慮“車形態”和“人形態”這兩種模式下的運動能力。有些舵機在人形態下可能用於驅動機器人“走路”,但在車形態下則必須要轉而用於驅動車輛的運動。這不僅使得擎天柱的內部機械結構變得複雜了許多,而且還需要專門為其開發特殊的高效能舵機,不僅要足夠小、還要有極高的扭矩,從而能夠“帶動”其龐大的身軀。除了效能,還要兼顧考慮舵機的外部包裹材料的結構設計,合理地規劃變形過程的路徑與順序,外加摩擦阻力、重心偏移等物理因素的干擾等。顯而易見的是,這並不是一件容易的事情。

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最後,在機器人的變形運動演算法以及步態演算法層面,由於擎天柱人形態的結構、造型,以及重量分佈與K1Pro完全不同、且存在人、車兩種不同的運動形態,所以需要兩套不同的控制演算法以及一套單獨的變形演算法,因此其演算法設計的複雜程度極高。特別是考慮到擎天柱本身要更大、更重、關節數量也多得多,這也就意味著當它“動起來”,特別是雙足步行的時候,幾乎全身上下所有的舵機都需要連續不斷的進行調整,從而讓機器人在“邁步”的過程中,能夠維持住重心的平衡。很顯然,這需要幾十個舵機和它們的驅動演算法緊密配合,更需要機器人內部足夠多的感測器不斷偵測重心、摩擦力、角度等資料。正因如此,“雙足步行機器人”不僅僅是許多大男孩從兒時起就抱有的浪漫幻想,本身更是機器人行業中的一顆技術明珠。

事實上,根據樂森方面向我們透露的資訊顯示,儘管自動變形的擎天柱2021年才正式面世,但產品本身的研發實際上早在12年前、也就是2009年就開始了。在這12年裡,包括創始人在內的一大批深愛變形金剛IP的工程師和設計師,探索了各種不同的機器人研發思路,解決了海量的技術和設計難題,並實現了諸多從0到1的技術突破,最終才讓這款全球首個能自動變形的擎天柱成功與大家見面。

它不是玩具,而是能“圓夢”的正經機器人

除了結構、技術原理上的複雜和特殊之處,雖然表面上是一臺“可遙控的大型玩具”,但實際上樂森推出的這款擎天柱,內涵卻早已超出了“玩具”的範疇。因為它不只是能變形、能發聲、能透過手機或聲控做出各種各樣的動作,更為重要的是,這些行動本身還可以經由使用者進一步的進行程式設計,開發出更多的“花樣”。

能自動變形的“擎天柱”,背後或是消費級機器人產業的未來

根據樂森方面透露,“擎天柱”目前支援四種程式設計模式,其中一種是在APP直接透過“手掰”讓機器人記住相應的動作,還有一種則是完全透過APP圖形化程式設計來完成指令、動作、聲音的聯動。顯然,前者比較適合父母與孩子共同操作,透過引導來培養邏輯思維能力,而後者則相對更“高階”,需要有一定的程式設計基礎。

能自動變形的“擎天柱”,背後或是消費級機器人產業的未來

當然,如果有關注過目前的教育機器人市場可能會發現,市面上大多數針對兒童的教育機器人要麼是採用了模組化拼裝式的設計,強調的是既要孩子們自行組裝機械結構,又需要透過程式設計“賦予”這些機械體動作的能力,要麼就是完全放棄機械動作元件,純粹靠攝像頭、螢幕、麥克風與孩子們互動,此時“機器人”只不過是一個好看的外殼而已。

很顯然,無論是擎天柱、還是類似星際偵察兵K1 Pro這種體型稍小的產品,樂森的機器人在基本的設計思路和使用方式上,與市面上的絕大多數產品都有著很大的不同。那麼,為什麼他們會選擇這條看起來格外特殊的產品路線呢?

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針對這個問題,樂森表示,他們從未將自己定義為玩具公司,而是一家專注於消費級機器人的“機器人公司”。

這是什麼概念呢?簡單來說,就是比起拼裝體驗也好、程式設計教育功能也罷,樂森更看重的反而是機器人本身的“功能”和“形象”。正因如此,他們選擇了用最強大、最複雜的技術,去挑戰“雙足人形機器人”這個目前行業公認的高難領域,同時透過IP合作在一次次的定製設計過程中,展現自身遠超行業平均水準的機器人結構設計、演算法開發等能力。

能自動變形的“擎天柱”,背後或是消費級機器人產業的未來

同時,自1927年機器人首次登上大熒幕至今,人們對機器人的認知和想象還基本停留在影視、遊戲、動漫等文藝作品中,而絕大多數膾炙人口的機器人形象基本都是雙足人形機器人。所以這也是樂森選擇了複雜的雙足機器人、而非簡單拼裝程式設計類產品的一大原因,因為他們相信,透過這種複雜的、高度還原IP形象的機器人產品,能夠讓許多人兒時的夢想“從熒幕走進現實”,享受獨特的沉浸式IP娛樂體驗。

能自動變形的“擎天柱”,背後或是消費級機器人產業的未來

說白了,“消費級機器人”畢竟還是一個新的產業方向,而如何讓消費者更好的接受它,這才是目前各大品牌所真正需要解決的第一大難題。而當絕大多數品牌選擇用“簡單結構+教育功能”去試圖開啟市場時,樂森則成為了極少數勇於挑戰“複雜設計+IP還原”產品方向的廠商。

從這一點來說,一方面這當然體現出了樂森在機器人結構和材料、變形機構設計、運動步態演算法及配套軟體開發等方面的“技術底氣”。而從另外一方面來說,這實際上也意味著他們將“消費級機器人”的目標使用者,實際上定為了消費能力更強的“大朋友”群體。而這樣的做法是否能夠成為家用機器人、特別是高階家用機器人技術和產業進一步發展的驅動力呢?大家不妨拭目以待。