消防員使用3D打印構建開源可遙控BB-8機器人
在剛剛播出的科幻影片《星球大戰：原力覺醒》中，首次出現的BB-8機器人圓滾滾的形象受到了很多星戰迷的喜愛。消防隊員Ed Zarick也不例外，為此他借助3D打印技術復制出了一個跟電影中一模一樣的BB-8機器人。可以想象，這并不是一項很容易的任務，為此Zarick不得不克服一系列工程技術方面的障礙。不過幸運的是，Zarick最終還是將它制作了出來，與此同時他還將這個項目開源，提供了自己如何構建這個可遙控BB-8機器人的所有細節（點擊:http://www.edsjunk.net/wordpress/eds-bb-8-build-guide/）。
實際上，當BB-8首次在預告片上出現后就有很多人嘗試自己去復制它。最引人注目的是在Facebook上一個被稱為BB-8建設者俱樂部（BB-8 Builders Club）的愛好者群體，這個群體的參與者超過1萬人。Zarick一開始的靈感就來自這個群體提出的設計。當然，Zarick在他們設計的基礎上進行了改進，力圖讓自己的模型無論是在外形還是在功能上都盡可能地準確。最終的結果是令人驚嘆的——閃爍的燈光、滴滴的電子蜂鳴聲，甚至包括BB-8標志性的滾動都惟妙惟肖，在愛好者當中引起了一片膜拜聲。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建設者俱樂部已經設計好的3D打印CAD文件來構建機器人的頭部。他所要做的就是把填充率設為百分之百，然后點擊“打印”啟動自己的Replicator 2X 3D打印機。他使用的材料是PLA。至于BB-8的身體，則是一個20英寸的球體，用PC材料做的，這個工作他外包給了 California Quality Plastics，售價為500美元。
當然，這個設計最具挑戰性的部分還是如何實現BB-8的頭部在上面，然后其身子滾來滾去的運動。據Zarick介紹，他是用磁鐵將其半球形的頭部與身體連接的，他在頭部的下面放了一個磁鐵，另一個磁鐵則放在其球形身體的一個柱子上。
Zarick對BB-8項目的最大貢獻是其傳動系統，這是一個非常簡單而優雅的解決方案。其他BB-8建設者在解決其運動問題時往往采用的是“倉鼠輪（hamster wheel）”的設計，這是Zarick給它起的名字，為了讓機器人移動，這些人使用了一個帶配重的單軸，然后您會看到一個馬達在球體里驅動一套輪子，進而驅動輪子推動其身體，就像一個倉鼠在驅動倉鼠球一樣。據中國3D打印網了解，迪士尼推出的BB-8玩具的設計方式。有兩個輪子連接到一個沉重的電子模塊上，驅動著這個小型的遙控裝置前進。其底部的重量保持著球的水平，而一個桅桿式的東西通過磁鐵與頭部連接，下面則連著一個水平軸，這個軸連接著兩個輪子。Zarick稱，盡管這個設計猛地看來沒有問題，但是一旦將其放大到BB-8的實際尺寸，其實現難度就要比人們想象的大得多。Zarick認為倉鼠輪的設計要處理的重量太多。
而Zarick的設計則要簡單得多了，他的基本設計架構是靠一個單軸在機器人的球形身體里驅動，用平衡錘掛在它的下面，而在重量的另一端則是磁鐵，將BB-8的頭部吸引到身體上。
整個設計的結果就形成了這樣一個系統，當一臺電機在朝著一個方向旋轉該平衡錘的時候，整個身子卻朝著另外一個方向滾動。這樣，Zarick的系統就比上面的設計簡單多了。Zarick設計的BB-8內部機械結構是由少數電機、支架、軸承、軸和滑輪。其它都是用這位消防員的CNC機床和鋁材加工而成的。為了支持驅動BB-8向前所需要的重量，他還加工了一個架子并使其與系統的主桅桿平行。有一個旋轉電機會在桅桿的中心將機構向一個方向旋轉，而球則會向相反的方向滾動。
得益于其身體內部的配重，BB-8的頭部會在球體的表面滑動，但是要真正賦予它生命，它的頭部還要能夠自己旋轉。為此Zarick設置了一個連續伺服電機，并將其連接到控制BB-8頭部的磁鐵上，該電機轉動時，磁鐵也會旋轉，從而帶動其頭部轉動。
至于遙控模塊，Zarick在Adafruit那里購買了一個帶無線數據交換天線的XBee模塊，并將其與一個Arduino Pro Mini連接。其他需要準備的部件包括鋰電池、一些電子適配器和一對搖桿，所有這些部件都被安裝在一個3D打印的外殼里。另外，Zarick還專門寫了幾段Arduino代碼使整個系統都能夠完美的運行，這些代碼都是開源的。
據悉，Zarick從設計、規劃到制造完成用了大約兩個月的時間，總共花費了3000美元的成本。不過他承認由于是第一次探索，這中間花了很多冤枉錢，這個BB-8的真實成本可能接近1500-2000美元。這可不是一個小數字，很顯然，您得對星戰有足夠的熱愛才能夠最終完成它。
（編譯自Engineering）
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