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消防员使用3D打印构建开源可遥控BB-8机器人

发布时间: 2016-03-28 17:09 来源: 未知 作者: 网络 点击: 我要评论 条评论)

在刚刚播出的科幻影片《星球大战:原力觉醒》中,首次出现的BB-8机器人圆滚滚的形象受到了很多星战迷的喜爱。消防队员Ed Zarick也不例外,为此他借助3D打印技术复制出了一个跟电影中一模一样的BB-8机器人。可以想象,这并不是一项很容易的任务,为此Zarick不得不克服一系列工程技术方面的障碍。不过幸运的是,Zarick最终还是将它制作了出来,与此同时他还将这个项目开源,提供了自己如何构建这个可遥控BB-8机器人的所有细节。

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实际上,当BB-8首次在预告片上出现后就有很多人尝试自己去复制它。最引人注目的是在Facebook上一个被称为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。Zarick一开始的灵感就来自这个群体提出的设计。当然,Zarick在他们设计的基础上进行了改进,力图让自己的模型无论是在外形还是在功能上都尽可能地准确。最终的结果是令人惊叹的——闪烁的灯光、滴滴的电子蜂鸣声,甚至包括BB-8标志性的滚动都惟妙惟肖,在爱好者当中引起了一片膜拜声。那么他是怎么做到的呢?

首先,Zarick站在巨人的肩膀上,使用了BB-8建设者俱乐部已经设计好的3D打印CAD文件来构建机器人的头部。他所要做的就是把填充率设为百分之百,然后点击“打印”启动自己的Replicator 2X 3D打印机。他使用的材料是PLA。至于BB-8的身体,则是一个20英寸的球体,用PC材料做的,这个工作他外包给了California Quality Plastics,售价为500美元。

当然,这个设计最具挑战性的部分还是如何实现BB-8的头部在上面,然后其身子滚来滚去的运动。据Zarick介绍,他是用磁铁将其半球形的头部与身体连接的,他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。

Zarick对BB-8项目的最大贡献是其传动系统,这是一个非常简单而优雅的解决方案。其他BB-8建设者在解决其运动问题时往往采用的是“仓鼠轮(hamster wheel)”的设计,这是Zarick给它起的名字,为了让机器人移动,这些人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。

事实上,也是迪士尼推出的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。其底部的重量保持着球的水平,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。Zarick称,尽管这个设计猛地看来没有问题,但是一旦将其放大到BB-8的实际尺寸,其实现难度就要比人们想象的大得多。Zarick认为仓鼠轮的设计要处理的重量太多。

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。

整个设计的结果就形成了这样一个系统,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。

Zarick设计的BB-8内部机械结构是由少数电机、支架、轴承、轴和滑轮。其它都是用这位消防员的CNC机床和铝材加工而成的。为了支持驱动BB-8向前所需要的重量,他还加工了一个架子并使其与系统的主桅杆平行。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。

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,但是要真正赋予它生命,它的头部还要能够自己旋转。为此Zarick设置了一个连续伺服电机,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。

至于遥控模块,Zarick在Adafruit那里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的运行,这些代码都是开源的。

据悉,Zarick从设计、规划到制造完成用了大约两个月的时间,总共花费了3000美元的成本。不过他承认由于是第一次探索,这中间花了很多冤枉钱,这个BB-8的真实成本可能接近1500-2000美元。这可不是一个小数字,很显然,您得对星战有足够的热爱才能够最终完成它。

(编译自Engineering)
(责任编辑:may)
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