【硬件篇】深度解读快仓第三代智能机器人-刀锋M40（上）

基于“简于形，精于心”的理念，快仓发布了具有世界级先进水平的第三代智能搬运机器人“刀锋”M40，从机械结构、环境感知、计算平台、定位技术、安全设计、维护方案、成本优化等各方面都实现了从国内领先到国际一流水平的跨越。

虽然智能搬运机器人听起来高大上，但是使用起来一定要接地气，这也是快仓对于用户使用体验的深刻理解，越是先进的产品，使用起来应该越简单，屏蔽掉复杂的技术细节，也就是所谓的“大道至简”。但是在追求用户极致体验的过程中，其中思考和迭代则是一个呕心沥血的过程，正因快仓工程师执着于“精于心”的产品打磨，才有了最后“简于形”的极致用户体验。

我们将通过系列文章深度解读为大家展现“刀锋”M40的独特匠心和精湛工艺。

全新机械结构

仓库运行环境千差万别，比如仓库连廊，电梯，爬坡，水渍，油污等，又比如地面有瓷砖、钢板、强化水泥地坪、环氧地坪、水磨石等，那么如何适应如此复杂多变的场景，快仓创新性的提出了一种底盘结构来解决。

“刀锋”M40机械结构并未沿用过去使用的主动轮加弹簧的底盘设计方案，而是采用了双段浮动式底盘和分置式多连杆顶升一体化的独特原创设计，而该设计方案则带来了前所未有的性能提升。

所谓“双段式”设计，是指底盘结构由两部分组成，“前段底盘”和“后段底盘”，中间使用铰链相连接，这也是为什么叫做“浮动式底盘”的原因，因为两个底盘结构相互独立，互不影响。相对于传统的底盘设计方案，新底盘架构将主动轮刚性连接至“前段底盘”，这样无论“后段底盘”如何运动，都不会影响到前底盘的运动状况，地形上的起伏造成的垂直运动可以被中间铰链系统抵消掉，显著增加运动的平顺性，而“前置底盘”的主动轮距离前部支撑从动轮距离极短，可以显著减少由于地面凹凸不平造成的主动轮抓地力损失，有效提升主动轮抓地力。保持货架平衡，显著提升了货架运输过程中的稳定性。

“刀锋”M40最高运行速度2.3米/秒，最快顶升时间1.8秒，整机通过5万公里耐久测试，包括搓板路面测试、起伏路面测试，返潮路面测试、涉水路面测试等等，充分验证了新的机械结构的性能、可靠性、耐久性，为客户带来一款长久、稳定、高效的智能搬运产品。按照客户的单仓通量达到10万+的仓库，”刀锋”M40每天运行20公里，耐久续航可超过7年。

1 客户场景：华东某电商仓，客户希望机器人快速通过场区之间的连廊，“刀锋”M40高效稳定地完成不同分区之间的自由穿梭运行。

2 客户场景：华南某制造业现场，“刀锋”M40快速稳定通过电梯完成跨楼层搬运作业。

3 客户场景：华东某银行金库-“刀锋”M40能稳定通过进出坡道。

4 客户场景：针对多年老仓库地面磨损严重等情况，“刀锋”M40可以快速稳定通过凹凸、落差地面，有效帮助客户节约因环境改造产生的费用。

5 客户场景：南方地区因为经常性下雨，地面相对潮湿、光滑。甚至有些食品和制造业客户场景中经常出现地面油渍的情况。“刀锋”M40能更好适应不同的严苛地面挑战。

丰富的计算平台

过去两年，快仓团队接触了许多制造业的客户，高柔性和安全稳定的机器人技术显得格外重要。我们发现了客户的需求和计算平台之间存在着耦合关系，比如要求的激光SLAM导航能力就需要较多的计算资源，而如果只是二维码导航，并不需要较强的算力，但往往客户要为不需要用到的算力买单，这显然非常不合理！

为了更好的在成本、性能、应用之间取得平衡，快仓发现了客户的需求和计算平台之间存在着耦合关系，因而为其提供了丰富的计算平台选择。目前“刀锋”M40提供了恩智浦ARM平台2核到16核全系列车规级高可靠计算平台、瑞芯微4核ARM高性价比计算平台，英伟达TX2高性能异构计算平台、IntelX86系列工控机计算平台4个大类可供选择，给予用户充分的选择空间，可以在高性能与高性价比之间取得平衡。

值得一提的是，快仓是业内首家使用英伟达TX2高性能异构计算解决方案作为主要计算平台的企业，这是因为快仓考虑到未来3到5年的发展，市场和用户对于设备感知能力的要求会越来越高，如果只是采用传统的基于X86的计算平台来说，无法提供类似于典型物体识别、车道线保持、视觉定位、人员跟随等高算力要求的功能，而且会丧失面向未来的扩展能力。

因此早在2017年，快仓就着手调研选择能够面向未来，满足未来3到5年扩展能力的计算平台，期间快仓对于赛灵思FPGA、Intel神经计算棒、英伟达Jetson嵌入式计算平台等多种具有边缘计算能力的设备进行了深入调研和测试。最终敲定使用英伟达TX2计算平台作为快仓面向未来的主打方案TX2平台除了拥有两颗高性能的Denver核心以外，还兼具4颗ARMA57核心，可充分满足CPU计算密集型的任务需求，同时还内置了256颗CUDA核心，可提供1.5T FLOPS的单精度浮点计算能力，满足基于深度学习和神经网络技术栈的需求。

深度学习物体识别示意图

另外，英伟达还在TX2平台内置了一颗型号为Cortex-R5的ARM架构实时处理器，用以配合需要高实时性和硬时钟的应用（如运动控制系统），通过架构上的巧妙设计，R5可以同主CPU共享硬件资源，实现高速的数据交换，着实体现了英伟达对于用户场景的理解之深，确实不愧为AI计算力解决方案的翘楚。

更为卓越的供电系统

为了满足高强度、长时间、高安全、长寿命等不同需求的作业场景，快仓设计了更为卓越的供电系统。

首先，针对高强度使用的场景，快仓推出了超大容量电池组，配置了业内目前标配的最大电池容量，达到了惊人的38AH，可以支持满负荷运转10小时而无需充电。

充电耐久测试示意图

其次，快仓提供了多种电池规格供客户选择。目前提供了三元锂电池、磷酸铁锂电池、低温电池这三种电池规格，未来还会提供石墨烯电极电池，实现超快速充电的能力；同时为了实现电池的长寿命运行，快仓加入了新的电池充放电机制，同特斯拉电动汽车类似，快仓电池的充放电区间并不是在0%~100%之间进行充放，而是两端留有余地，这样可以在电池最佳充放电区间进行充放，避免涓流充电带来的时间浪费，同时避免电芯由于超充超放带来的寿命损失。而且在大促等场景下，可以调整配置，将充放区间调整，就可以在长寿命和高强度之间获得一个平衡。

第三，快仓保留了客户非常喜欢的换电功能，并且进一步优化了换电的操作，要求整个换电动作在15秒内完成，通过换电操作，设备可以在15秒内重装上阵，比任何的充电操作都要来的迅速，而且由于电池组件和整机一般无法做到全生命周期匹配，因此未来更换的时候，不需要快仓的运维人员到场，只需要客户自己用全新的电池替换原有电池即可，配合电池回收方案，进一步降低客户电池的使用成本。除了电池本身以外，快仓也考虑到外设供电能力，因此在供电系统上预留了48V和12V两种对外的供电接口，任何需要额外供电的外设，比如机械臂、计算设备等，都可以直接接入到预留的供电接口，相对于临时增加供电线路和接口来说，即提升了连接的安全性，又增加了连接的可靠性，充分体现了设计的优越性。

15秒快速换电示意图