[建造日志]格斗机器人的模块化设计 精华

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[建造日志] 格斗机器人的模块化设计

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  《铁甲雄心》已经播出三期,网络上也出现了五花八门的评论,其中有一个出现较多的形容就是“没有算法、传感器,就是遥控车对撞”。算法和传感器确实在很多机器人中扮演了重要角色,但在格斗机器人的赛场上还没有成为重点。我认为目前格斗机器人的精髓在于各式各样的设计,每一台机器都融入了设计者的智慧和情感,都是独一无二的。如果参赛的机器人都一模一样,那就没意思了。格斗机器人的设计,除了各种武器类型和一般的机械结构、电子控制之外,也有一些通用的设计形式,比如,贴地设计。目前很多比赛都成了贴地性的较量,谁能伸到对手底盘下面,谁就有更大的几率获胜。但是,由于大量的机器人都追求贴地性,很多时候比赛就成了“推车大战”,使比赛观赏性严重下降,新赛季的Battlebots还因此修改了规则,规定用铲车进攻要扣分,之后也产生了一些有争议的判决。而本文讲的是另一种被大量使用的设计形式,即模块化设计。
一、什么是模块化设计
  模块化设计,是指将设计对象划分为一系列功能模块,通过模块的相互组合构成多种不同功能的系统,以满足不同的需求。通俗的讲,就是类似于搭LEGO积木,一套积木的说明书常常提供2-3种不同的玩法。20年前的机器人大擂台,大部分机器人都是手工画图和焊接打造,但随着CAD/CAM成为格斗机器人设计制造的主要手段,模块化设计也在机器中得到不同程度的应用。格斗机器人使用模块化设计,一般出于以下两点考虑:
  1. 提供多种战术。目前格斗机器人的种类五花八门,但没有一种类型的机器是没有弱点的、战无不胜的。通过模块化的机器和部件设计,在面对不同对手时就可以做出针对性的改变。比如,现在一般用巨大的楔形铲应对横转机器人、用Lexan的护板防御锤击武器的攻击等等。龙卷风(Tornado)是早期机器人大擂台中最成功的模块化机器人,通过转鼓和楔形铲的替换使用,配合风骚的操作,战胜过同时期大擂台的绝大部分顶尖高手。
  2. 便于更换维修。在格斗机器人比赛中,损伤是不可避免的。在比赛中,机器遭受重创后仍然获胜的例子相当多,有时即使战败了,也可以通过复活赛或者外卡来得到重新上场的机会。这种情况下,模块化设计的优势便体现出来:在实际比赛中,不会每次都有足够的时间让各个队伍都把机器完全修好,无法及时修复的机器只能带伤上阵,严重的则直接退赛;而模块化设计的机器由一个个相互独立的模块组成,在维修机器时只需要将受损的模块用相应的备用部件更换就可以了,这样做可以大大节省维修机器耗费的时间精力,保证机器的连续作战能力。比如Battlebots最新赛季的Bombshell,这台机器在几场比赛中都遭受严重的损坏,但在下一场比赛中登场时却又像新的一样,这就是模块化设计的魔力。
二、格斗机器人模块化设计的常见类型
  1. 武器模块化
  1.1 Tombstone
  王大师之前的帖子里对Tombstone的介绍已经非常详尽了,这家伙一共有三把大刀,基本上可以应对各种类型的对手,连表演效果都考虑了,真的佩服国外老牌战队的想法和能力。新赛季中,三把转刀被喷涂了不同的颜色加以区分,每一把转起来都很漂亮。
Tombstone_01.png Tombstone_02.png Tombstone_03.png
  1.2 Stinger the Killer Bee
  作为Tombstone的老对头,TPC战队的Stinger(前身是Sewer Snake)也采用模块化的武器。图中那只巨大的钢铲就是专门用来对付Tombstone这类的横转型机器人。在Battlebots重启的第一季,Stinger换上铲子迎战Captain和Warhead,两场比赛都以压倒性的优势获胜。Stinger还有另外两组举升套件,可惜用举升套件参加的两场正赛(对阵Bronco和Megatento)全都输了。目前的格斗机器人比赛特点是高强度、快节奏,机器人大多具有复位装置或双面行驶能力,因此举升套件的威力大幅下降,在比赛中容易吃亏。
  在新Battlebots的第二赛季中,Matt将Stinger的武器套件都统一集成在顶部盖板上,这样,每次更换武器套件就只需要更换顶板就可以了,非常方便。
Stinger.jpg
  1.3 Behemoth
  机器人大擂台的老牌劲旅火车头(Behemoth)在新大擂台的第二赛季也采用了模块化的武器设计。除了保留经典的弧面铲之外,Behemoth战队还准备了一个更大并且带有侧面防护的铲子,用于防御水平旋转型武器的攻击,在对阵PP3D的比赛中,火车头使用了这套铲子,并且获得了不错的效果。另外,火车头还有一组咬合套件,目的是抓住对手并送到机关陷阱。在小组循环赛最后一轮,因为对手看上去很弱,战队就想试一试咬合套件,结果在比赛中因为前铲不够贴地,几乎没有造成有效的攻击,最后裁判判对手获胜,火车头因此无缘小组决赛。
  所以,选择合适的模块套件进行比赛非常重要,选对了套件就可以更轻松地获胜,而选错套件则可能给对手创造胜利机会。
Behemoth_01.png Behemoth_02.png Behemoth_03.png
  2. 装甲模块化
  2.1 Witch Doctor
  Witch Doctor的装甲模块化做的非常不错。在应对破坏力不强的对手时,Witch Doctor在前部安装两个活动的小楔子,增加贴地性和武器攻击面,同时也为迷你机器人Shaman留出重量空间;而面对破坏力强的对手(尤其是横转武器),Witch Doctor则换上用减震器连接的钢铲。在新Battlebots第一赛季的8强赛中,Witch Doctor的钢铲抗住了Tombstone的多次攻击,并且导致Tombstone的转刀崩断,可惜Witch Doctor在最后一击中受到冲击不慎翻倒,又由于武器失效无法复位,使Tombstone得以险胜过关。
  鉴于比赛中展示出的优良效果,Witch Doctor的前部装甲设计模式也被好多国内外机器人模仿借鉴,包括第二赛季的前冠军Biteforce。
Witch Doctor_01.png Witch Doctor_02.png
  2.2 Biteforce
  新Battlebots首个赛季的冠军Biteforce的护甲部分也采用模块化设计。在攻击形态下,Biteforce会在履带前方安装活动的楔子,这个感觉装饰的成分更多一些;而防御形态的Biteforce则卸下楔子和抓举的头部,只剩下面两支举升杆,同时在原来的尾部加装一个非常坚固的钢铲。此外,Biteforce的侧边外层镂空护甲是通过螺丝连接,这个结构也可以有效抵御一些旋转武器的攻击。在总决赛中,Biteforce的钢铲和护甲被Tombstone多次命中,但没有出现大的损坏,反而是Tombstone电池过载而不得不停转。最后,Biteforce凭借出色的防守获胜,成为第一季冠军。
Biteforce_01.png Biteforce_02.png
  在第二季中,Biteforce采用了竖直转刀形态,前部仿照Witch Doctor的设计结构,侧面护甲则保留了原来的设计语言。
  3. 整体模块化
  3.1 Bombshell
  Bombshell可以说是目前最模块化的模块化机器人了。Bombshell的机体可以分成武器模块和运动模块两个部分,在武器模块两侧各安装一个运动模块,就组成了一个完整的机器人。Bombshell共有4组武器套件,分别是锤子、水平转刀、竖直转盘和举升叉,也就是说,这台机器人可以以4种不同的形态应战。Bombshell的水平转刀和竖直转刀在比赛中都有惊艳表现,水平转刀通过调节高度成功削掉英国冠军Cobalt的轮胎,而竖直转刀更是接连干掉两台强大的滚筒机器人Poison Arrow、Minotaur。最后获得亚军,实至名归。
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  Bombshell不仅仅是武器模块化,其模块内部也采用了模块化设计。所有的部件中,极少采用焊接的方式,大部分都使用榫卯加螺纹连接,整台机器几乎可以被拆解还原成一个个原始部件。这种设计方式极大地促进了材料的重复利用,也使机器人的修复变得更加方便。
  但是,像Bombshell这样的高度模块化设计也有缺点,即用于连接的部件占用了太多空间和重量,导致护甲部分稍弱,在比赛中被攻击到就很容易受伤。而且,斧头和举升在实战中威力有限,基本只是个形式,主要攻击输出还是依靠竖直转盘,在面对特殊类型的机器人时则用水平旋转加以克制。
  3.2 Razorback
  Razorback是我最喜欢的一台机器。这台机器也是武器模块加运动模块的形式,而且使用咬合武器时,整个咬合机构可以绕着机身中间的轴进行360°旋转,表演起来非常炫酷。Razorback的机体也是大部分采用铝合金加螺栓连接固定,而且轮轴采用了很粗的空心铝管,在做轴的同时还是重要的连接结构件,也是一个极具创新的设计。
Razorback_01.png Razorback_02.png
  4. 魔改
  “魔改”指的是在比赛过程中针对某一个对手临时做出的改装。鉴于其和模块化设计有相似之处,所以在这里放到一起进行讨论。“魔改”套件常常给观众带来意外惊喜,也是设计者聪明才智的绝佳体现。
  4.1 Tornado
  在老机器人大擂台时代,龙卷风曾经凭借滚筒和斜面铲的替换组合打遍天下无敌手,但是在对战利剑(Razer)的比赛中,无论用滚筒还是铲子,结局都是以惨败收场。于是乎,在机器人大擂台的第六赛季,龙卷风针对利剑专门设计了一组套件,是一个钢结构的框架,前部加一个旋转武器。这个架子不仅让利剑的武器无法扎到机体,还能防止自己掉进坑里。之后龙卷风用上这个架子对战利剑,结果两次比赛都赢了(分别是第六届总决赛和欧冠(European Championship)半决赛),这两个比赛中龙卷风也都得到了最后的冠军头衔。虽然框架设计到目前为止仍然存在比较大的争议,我第一次看到时,也不喜欢,但现在觉得这确实是一个智慧的设计。
Tornado-Series7Weapons.jpg Tornado_with_frame.jpg
  4.2 Ghost Raptor
  在Battlebots新赛季的第一场比赛,Ghost Raptor自废武器,在接下来的比赛中不得不改成铲车作战。第三轮比赛Ghost Raptor对阵的是2号种子Ice Wave,鉴于Ice Wave在之前比赛中展示出的惊人破坏力,大部分人都看好它在比赛中获胜。当Ghost Raptor带着一个大头叉子出来的时候,只能用ORZ来形容了!在比赛中,这个叉子确实对对手的行动形成了一定的阻碍,为Ghost Raptor接近对手,以及使出最后的致命一弹提供了条件。当时,由于Ghost Raptor在每场比赛都有改装,Chuck还因此在国内获得了“魔改王”的称号。
Ghost Raptor.png
  然而,作为第一季的四强,Ghost Raptor在第二赛季的表现让人大跌眼镜。赛前吹了半天的转刀除了没断之外,根本没有发挥出威力,参加的三场比赛(包括表演赛)全败,不知道新赛季Chuck还会对机器做出哪些改进。
三、结语
  目前像利剑那样一招鲜吃遍天的格斗机器人越来越少了,越来越多的机器人采用模块化的设计,因敌而制胜。我在文中选取了一些相对典型的模块化格斗机器人作为案例,可能存在不完善或错误之处,欢迎大家补充指正。



svw  初级技匠

发表于 2018-1-24 10:14:59

好帖,开眼界啦
原来我以为墓碑是无敌的,现在看看还有这么多克制方法。
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swanglei  中级技神

发表于 2018-1-24 11:40:20

是的,模块化设计是挺不错的,个人觉得是有利有弊的!
好处当然是可以更换武器或者护甲,再或者其他的零件。
但是坏处是对于设计要求就有点高,这可能得是专业的机械工程师才能搞定~
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