01 — 实体线 · robot-physical-body

1.75 m 的身体,
先把 64.58 kg 算平。

结构、执行器、腰部快拆、电池与结构热。目前全部是纸面设计:质量、质心、力矩已经落成 可复算的数据文件,没有一个零件出过图、没有一克质量被真正称过。

  • 30 DOF 本体
  • 64.58 kg / 0.974 m
  • 13S6P · 1404 Wh
  • 220 N·m 关节峰值
64.58kg整机质量(腿式)
0.974m质心高度
30DOF本体自由度(不含手)
1404Wh电池容量 · 10.5 kg

规格基线

所有数字都在 data/ 里,文档只是它的引用。

质量预算与 DOF 清单是手工维护的唯一权威;力矩表、仿真结果由脚本生成。 改数字 = 改数据文件 + 重跑脚本 + 更新引用它的文档,不允许手改文档。

模块质量预算
模块质量说明
头部2.90 kg头壳 / 面罩 / 相机 / 麦阵 / 显示
躯干19.50 kg铝合金桁架 + 外壳 + 计算板 / 电池
腰5.10 kg腰 2 DOF + 快拆上法兰
骨盆2.10 kg快拆下法兰 + 髋部基座
线束2.60 kg动力 / 数据 / 急停
双臂12.70 kg7 DOF ×2 + 灵巧手
双腿19.68 kg6 DOF ×2(腿式下身)
合计64.58 kg轮式下身 60.6 kg

质心 0.974 m 为按部件高度表的估算;MuJoCo 实测 0.997 m,差异来自几何近似。

部位自由度行程 / 备注
颈2偏航 ±80°,俯仰 −30~45°(侧倾已取消)
腰2偏航 ±45°(总行程 90°),俯仰 −25~35°
臂147 DOF ×2
腿126 DOF ×2
灵巧手15 ×2机械 DOF;每只 5 路腱绳主动
本体合计30不含灵巧手

电池与能源

13S6P · 1404 Wh · 10.5 kg(134 Wh/kg)。峰值母线电流按 150 A 设计, 48 V 下需要 16 mm² 动力线——这直接卡住了腰部连接器的选型。

整机功耗 255–455 W,续航按场景 2–4 h 估算;野外场景偏短。

执行器

30 个执行关节,全部按需求峰值选型。

腿关节的峰值由地面反力主导,不是腿部自重;臂按前平举持物 10 kg 的极限工况。 候选型号按「峰值 ≥ 需求 × 1.3」的原则选,裕度不足的关节单独列出。

档位候选型号数量用于峰值 / 额定
360 N·m 级宇树 M10711髋 pitch/roll、膝、踝 pitch、肩 pitch、腰 pitch360 / 待核
120 N·m 级灵足 Robstride 0411髋 yaw、踝 roll、肩 roll/yaw、肘、腰 yaw120 / 40
微型Robstride 05 / 01 / 10P4 / 2 / 2腕 pitch、前臂旋前、腕 yaw、颈 2按型号
灵巧手SCS15 ×2 + SCS0009 ×133015 DOF ×2微型舵机

裕度不足的三个关节

髋 yaw 1.21、肩 roll 1.26、腰 yaw 1.28, 都低于 1.3 阈值。当前接受条件是软件限矩(运行时钳位);升级路径是换更大档位模组。

价格与额定参数全部待询价;小批 10 台的 BOM 粗估 ¥7–8 万 / 台,其中 M107 按 ¥4,000/台假设。

腰部快拆

全机最脆弱的单点,也是上下身解耦的唯一支点。

机械、动力、数据、急停四类信号全挤在一个可插拔界面。它坏了整机不能用, 它做不好上下身就换不了。

项目数值 / 状态
接口直径⌀180 mm
上部承载质量41.6 kg
静态弯矩≈ 122 N·m
峰值电流150 A @ 48 V
数据通道2.5GbE ×1 · CAN FD ×2(隔离)
安全通道急停硬线(不经软件)
状态草案 v0.3,未冻结

为什么还没冻结

150 A 峰值下 48 V 需要 16 mm² 动力线,现有快拆连接器塞不下。 母线电压因此有 48 V / 72 V / 96 V 三个选项未定——升压能减线径, 但要重做整机电源域与驱动器选型。

机械方面:定位方式、锁紧机构、重复定位精度、密封等级都还停留在方案比较。

仿真验证

把纸面数字放进 MuJoCo 撞一遍。

30 个执行关节、质量逐段取自 data/ 并自检合计 64.58 kg。 「站得住」和「落地行不行」是最先要回答的问题。

场景结果力矩占用
A 站立 3 s骨盆 0.979 m,足底反力 633.5 N ≈ 体重≈ 0
B 曲膝落地 6 cm稳定,骨盆 0.955 m膝 0.60 · 踝 1.00
B2 高台落地 20 cm站住,骨盆 0.883 m膝 1.00 · 踝 1.00
C 深蹲骨盆 0.690 m,稳定膝 0.63
D 侧推 100 N1.87° → 0.27°,能恢复踝双饱和 · 髋 yaw 0.84
E 单腿支撑倒(倾角 64°)全部饱和
MuJoCo 站立仿真 站立
MuJoCo 深蹲仿真 深蹲
MuJoCo 3.17 · 质量逐段取自 data/mass_budget.csv,合计自检 64.58 kg。

仿真没做:手指(灵巧手当 1.30 kg 刚体)、阻抗/力控、平衡控制器、步态。 几何是 box / capsule 近似,惯量按均质体手算。

开放问题

下一步不是画更多图,是把不自洽的地方解决掉。

必须拍板的

质量 / 力矩是否自洽:减重、降规格、接受增重(85.6 kg),三条路需要选一条,否则选型冻结不了。

腰部接口形式:直径、定位、锁紧、连接器型号、150 A 峰值,出接口定义图。

母线电压:48 V vs 72 / 96 V,跨项目决策,直接影响连接器与驱动器。

接下来的四步

1 · 关节模组询价,回答「自研 or 采购」;2 · 单腿样机验证力矩、刚度、热、走线; 3 · CAD 建模后重算质量与质心;4 · URDF / MuJoCo 模型交给模型线做策略对齐。

纸面数字是否成立,最终只能靠单腿样机回答。