创想智造3D打印手板模型加工

标题: 民间高手3D打印制作星球大战机器人BB-8 [打印本页]

作者: 创客 时间: 2016-4-2 21:10
标题: 民间高手3D打印制作星球大战机器人BB-8
看过《星球大战》的朋友们，对电影中的那个圆滚滚的BB-8机器人一定不会陌生，自官方预告片首发之后，因其结构奇特、行为呆萌而受到很多粉丝的欢迎。作为科幻大片，《星球大战》中的机器人不止一个，此前的R2-D2已经成为一个时代的符号。不过，BB-8之所以受到如此热烈欢迎，不仅因为其存在于电影中，还因为它确确实实存在于现实当中。而且利用3D打印技术就能制作出来。

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民间高手3D打印制作星球大战机器人BB-8

《星球大战：原力觉醒》由迪斯尼出品，而迪斯尼最擅长的就是将虚拟的创作作品现实化。在电影上映前，迪斯尼就联合玩具公司Orbotix打造了一个一模一样的BB-8，只不过这个体型较小，直径只有7.4厘米左右，高为11.5厘米，净重量不到200克。

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《星球大战：原力觉醒》中的BB-8机器人

Orbotix原来只是一家名不见经传的公司，后来因为生产出一款智能机器球Sphero而被迪斯尼选中，这款机器球可以用智能手机来控制。打开设备的蓝牙功能，搜索到 Sphero智能小球后，你就可以充分发挥想象力去实现一些有趣的玩法，比如楼梯上运行弹跳动作或在地板上行走超过一个小时。

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智能机器球Sphero，据说是BB-8机器人的前身

这个机器后来就成为BB-8的身体，能够灵活快速地行动。BB-8的脑袋是一个半圆球，不过，两者之间看起来可以相互脱离但又无法脱离，像是仅仅吸附在了一起。正因如此，BB-8的“身体”才能够不受限制轻松地向前“滚”。

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智能机器球Sphero的内部构造

在电影中，BB-8的被牢牢地控制着，而在现实中，如果想把BB-8做的跟电影中的一模一样，确实不太容易，无论是搞懂工作原理还是进行外壳制作，都需要动一番脑筋才行。

作者: 创客 时间: 2016-4-2 21:12
标题: 揭秘BB-8的工作原理
Techcrunch在最新的一篇报道中曝光了Sphero的一份专利，从而揭露了BB-8的工作原理，与之前外界一直猜测的结果完全不同。之前，人们一直以为BB-8两个球之间是相互独立工作的，两个内部齿轮为机器人提供动力，通过对配重块的调整保持平衡，当头部使用磁性单元和球内的传感器进行接触交互之后，能够知道哪个位置是向上哪个位置是前进，BB-8全局能够自动调整头部且不会脱落。不过事实上，专利显示，BB-8的两个球是一体的。

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磁性耦合的自走式装置

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在这份名为“磁性耦合的自走式装置”专利中，球体的内部会有一个重力装置，由两个轴轮马达与一个保存垂直的桅杆组成。轴轮马达在运动的过程中，会让球体重心发生偏移，从而影响球体的运动。简单来说，它的工作原理跟太空球类似，当有物体进入时，通过改变位置会导致球体的重心发生变化，从而让球旋转并向前运动。

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BB-8的滚动原理与太空球很相似

说到头的部分，很多人以为它是在不断地向后运动来让自己保持向上的状态，但实际上它采用了磁悬浮技术，在BB-8的身体内部的桅杆上装有磁铁，所以，它始终能够与球体重心保持在同一个水平线上。所以，我们看到，在BB-8运动过程中，它通常是倾斜的，因为重心在行进中总是倾斜的。另外，BB-8的头部旋转部分，可以通过添加电动机、传感器来实现。

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将BB-8拆开后，您将看到这样的画面……

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由于重心在行进过程中总是倾斜的，所以BB-8运动过程中通常是倾斜的

关于操控，BB-8可以由终端设备进行远程操控，结合手机APP控制它在房间内的动作和方向。它甚至还能依靠语音控制，开启巡逻模式。它会像一个宠物机器人一样，在家里自动寻找路线行走，目前好像只支持iOS版本的APP。

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结合手机APP可对BB-8进行操控

以上说的都是BB-8的原理以及操控方法，至于外壳，可以选择普通的制作方法，也可以选择3D打印来制作，当然，我们重点想聊的话题就是：3D打印如何制作BB-8。

作者: 创客 时间: 2016-4-2 21:14
标题: 创客3D打印制作BB-8
实际上，当BB-8首次在预告片上出现以后，就有很多人想尝试自己去复制它，最引人注目的是在Facebook上一个名为BB-8建设者俱乐部（BB-8 Builders Club）的爱好者群体，这个群体的参与者超过1万人。其中一名名为Michael Tinson的创客，使用3D打印技术制作了一个BB-8机器人，对于我们来说，很有借鉴意义。

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除此之外，另外一名创客Zarick，在这个3D打印BB-8机器人设计的基础上进行了修改，力图让模型更加逼真。最终的结构是非常让人惊讶的——不仅滚动起来与电影中的一模一样，就连闪烁的灯光、滴滴的电子蜂鸣声都跟真的一样。那么，Zarick是怎样做到的呢？

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当然，Zarick是站在巨人的肩膀上的。他使用了BB-8建设者俱乐部已经建好的3D打印CAD文件来构建机器人的头部。填充率设置为100%（实心的），使用的是Replicator 2X 3D打印机，使用耗材为PLA，至于BB-8的身体，则是一个20英寸的球体，用PC材料做的。

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MakerBot Replicator 2X 3D打印机

这个设计最具挑战性的部分在于其头部，怎样让半球形的头部在圆球形的身体上滚动才是最关键的。据Zarick介绍，他用磁铁将其半球形的头部与圆球形的身体相连接，并在头部的下面放了一个磁铁，另一个磁铁则放在其球形身体的一个柱子上。

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（图源：雷锋网）

Zarick对BB-8项目的最大贡献在于其传动系统。其他创客在解决其运动问题时，往往会采用“仓鼠轮（hamster wheel）”设计，为了让机器人灵活移动，他们使用了一个带配重的单轴，然后您会看到一个马达在球体里驱动一套轮子，进而驱动轮子推动其身体，就像一个仓鼠在驱动仓鼠球一样。

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（图源：雷锋网）

“仓鼠轮（hamster wheel）”设计实际上是迪斯尼推出的BB-8玩具的设计方式，有两个轮子连接到一个沉重的电子模块上，驱动着这个小型的遥控装置前进。其底部保持着球的水平，而一个桅杆式的东西通过磁铁与头部连接。下面则连着一个水平轴，这个轴连接着两个轮子。不过，在Zarick看来，这种设计需要处理太多的重量问题，并不是最佳的设计。

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而Zarick的设计则要简单得多了，他的基本设计架构是靠一个单轴，在机器人的球形身体里驱动，用平衡锤挂在它的下面，而在重量的另一端则是磁铁，将BB-8的头部吸引到身体上。当一台电机在朝着一个方向旋转该平衡锤的时候，整个身子却朝着另外一个方向滚动。这样，Zarick的系统就比上面的设计简单多了。

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（图源：雷锋网）

Zarick设计的BB-8内部机械结构由少数电机、支架、轴承、轴和滑轮，其它都用CNC机床和铝材加工而成，为了支持驱动BB-8的重量，还特意加工了一个架子，并使其与系统的主桅杆平衡。有一个旋转电机会在桅杆的中心将机构向一个方向旋转，而球则会向相反的方向滚动。

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滚啊滚，滚个不停……

得益于其身体内部的配重，BB-8的头部会在球体的表面滑动，不过为了让它的头部能够自己旋转起来，Zarick还专门设置了一个连续服侍电机，并将其连接到控制BB-8头部的磁铁上，该电机转动时，磁铁也会旋转，从而带动其头部转动。

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3D打印的部件

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在遥控模块，Zarick购买了一个带无线数据交换天线的XBee模块，并将其与一个Arduino Pro Mini连接。其他需要准备的部件包括锂电池、一些电子适配器和一对摇杆，所有这些部件都被安装在一个3D打印的外壳里。另外Zarick还专门写了几段Arduino代码使整个系统都能够完美运行。

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Zarick从设计、规划到制造完成，总共花去了大约2个月的时间，花费成为约为3000美元，不过，由于这是他第一次尝试制作BB-8，其中浪费了不少冤枉钱，这个BB-8的真实成本可能只有1500-2000美元。

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