揭秘《星際大戰》萌寵機器人BB-8內部結構、機械原理,及幕後故事

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星戰電影中的R2-D2機器人已經成了一個文化符號,它賣萌能力天下無雙,並被全球觀眾所熟知。不過在今年12月上映的《星際大戰:原力覺醒》中,J·J·艾布拉姆斯又給我們帶來了一位新朋友球形機器人BB-8,這個新的賣萌神器不知道奪走多少觀眾的心了。


據稱星際大戰7:原力覺醒新登場的機器人BB-8使用的就是Sphero的技術,,而且電影中用的不是CG而是真的模型。Sphero本身是迪士尼accelerator計劃扶植的新創公司,而星際大戰的盧卡斯影業又是迪士尼的子公司,雙方藉由電影合作也是意料中的事情。BB-8和Sphero基本運作原理應該相去不遠,我們先從Sphero的小球開始看起。


Sphero內部零件整合的關鍵

Sphero這顆球名為Sphero,最新版本是Sphero 2.0,然而這並不是什麼新玩意,早在2012年左右,Sphero就已經推出1.0版的產品。最近又被提起的主因還是星際大戰7,以及多了顆頭的BB-8。

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初代Sphero滾球,內部構造拆解如上圖。圖片來源:technologyreview

從Sphero的拆解圖中,我們能了解裡面用的硬體組件,A部件是Sphero用的無線充電。這顆球與BB-8都支持無線充電,畢竟整個球沒有開關也沒有按鈕,只能透過這種方式充電。根據官方數據,充滿電可以玩60-75分鐘,充電時間則是3小時。


B部件是Sphero的運動機構,2個獨立的橡膠輪可讓Sphero快速滾動。至於速度有多快呢,最高可達每秒1.2公尺。由於Sphero滾球並不像BB-8有個頭,因此結構比較簡單。C部件只是用來頂住球體的彈性支撐架,在BB-8版本中,則還多了2個滑輪與強力磁鐵,藉此讓頭部轉動。


D部件的PCB上有CPU、三軸加速度計、陀螺儀等傳感器,這些東西在手機等裝置上也很常見。透過加速度計、陀螺儀可感測球體內機構的傾斜度、加速度等數據,配合CPU運算就能精確掌控前進、轉向等動作。


E則是藍牙模塊可讓手機與其聯機,透過手機遙控它的行為,在BB-8版本中,還有巡邏、AR投影等有趣的功能。可用距離約50公尺,支持Android與iOS系統。


F則是滾球版本特有的LED,可發出紅、綠、藍的燈光,至於BB-8版本則沒有這個功能。畢竟BB-8身體是不透明的,裝LED也沒用。當使用或是充電時,Sphero會發出不同的燈光。

BB-8機器人暴力拆解

那麼最新的BB-8版本有沒有什麼變化?實際上BB-8多了頭且App更細致。 BB-8頭部可拆卸,搭載了全新的充電底座且噴漆工藝不俗。BB-8機器人直徑7.4公分左右,高11.5公分左右,淨重不到200克。下面就和小編一起來看看拆解結果。

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切割開Sphero BB-8的聚碳酸酯外殼
打開它的外殼後就能拿出其內部硬體,只是一個小小的塑膠框架,但其中囊括了電路板,馬達,驅動齒輪,電池和充電線圈。


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移除Sphero BB-8的內部硬體

BB-8的內部設計與Sphero此前的產品一樣,都是從中心架構中延伸出一根桿子,桿子頂端則裝配兩枚磁鐵,而這兩枚磁鐵就是BB-8機器人腦袋活動的奧秘。為了仔細分析其內部結構,要移除了這根桿子。擰下了飛利浦的螺絲後,就可以拆掉系統主板。
在主板上有BB-8的大腦,也就是那塊ST STM32 F3微控制器,它擁有一個72MHz的32-bit ARM Cortex-M4處理核心。它的藍牙晶片為CSR 1010,另外還搭載了ST M24512-R 512 Kbit系列的只讀存儲器,HUATAI HT6292充電器,陀螺儀和速度計等。

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移除Sphero BB-8的系統主板

接著拆掉塑膠部件,其中包括馬達和電池,BB-8靠兩塊3.7V 350毫安的鋰電池進行供電。BB-8搭載的兩台FP13-KT電動馬達則負責機器人的驅動。扯掉用來充電的接收線圈,拆解就能完成。

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BB-8的詳細拆解圖
機器人BB-8機械原理
在驚嘆之餘,BB-8的工作原理也得到了外界激烈的討論。有人認為其兩個內部齒輪為機器人提供動力,通過對配重塊的調整保持平衡,當頭部使用磁性單元和球內的傳感器進行接觸交互之後,能夠知道哪個位置是向上哪個位置是前進,BB-8全局能夠自動調整頭部且不會脫落。

Techcrunch在最新的一篇報導中曝光了Sphero 的一份專利,從而揭露了BB-8的工作原理。與外界認為BB-8的兩個球之間是相互獨立工作不同,這份專利透露它們實際上是一體的。

在這份名為「磁性耦合的自走式裝置」專利中,球體的內部會有一個重力裝置,由兩個軸輪馬達與一個保存垂直的桅桿組成。軸輪馬達在運動的過程中,會讓球體重心發生偏移,從而影響球體的運動。

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其實簡單來說,它的工作原理就是和太空球類似,當有物體進入時,通過改變位置會導致球體的重心變化,最後會導致球的旋轉和向前運動。

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說到頭的部分,很多人以為它是在不斷地向後運動來讓自己保持向上的狀態。實際上它是採用了磁懸浮的技術,在BB-8身體內部的桅桿上面裝有磁鐵,所以它始終能與球體重心保持在同一個水平線上,所以我們可以看到,在BB-8運動過程中,它通常是傾斜的,這是由於重心在行進過程中總是傾斜的。

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另外BB-8的頭部旋轉部分,則可以通過添加電動機、傳感器來做到。

BB-8可以由終端設備進行遠程操控,結合手機APP控制它在房間內的動作和方向。它甚至還能依靠語音控制,開啟巡邏模式。它會像一個寵物機器人一樣,在家裡自動尋找路線行走。


BB-8背後的故事

現實版的BB-8並非那些知名玩具公司的作品(如樂高,美泰),而是一台Sphero公司生產的由應用控制的微型機器人。不過能戰勝一乾大公司拿到BB-8的訂單,也算是該公司的緣分。Sephro去年加入了迪士尼的科技發展加速器項目,該項目旨在利用迪士尼的現有資源幫助小公司擴大業務規模,而項目開始第二天,與迪士尼CEO Bob Iger的會面就徹底改變了Sephro的發展軌跡。

「當輪到我們與Bob會面時,辦公室裡只剩下Sephro的兩位創始人,我和Bob,他拿起自己的iPhone開始播放《原力覺醒》的樣片,這打了巨大水印的樣片我們都還是第一次看到。」Sphero的CEO Paul Berberian說道。隨後Bob問他們,是否能打造出樣片中的BB-8機器人。

而BB-8的存在可不是一般人能獲知的,就Sphero的導師們都對其一無所知。「確實,如果不是喬治·盧卡斯的死黨或者迪士尼的高管,又怎麼會知道這種最高機密,這個角色可是新的大殺器。」Berberian說道。

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Sphero在11月順利獲得了星際大戰劇組的許可,並在隨後的十個月裡開足馬力進行研發,它們要趕在「原力周五」玩具首賣會前拿出最終的產品。

盡管BB-8在外型上與它們之前研發的機器人有幾分相似,但整個研發過程依然困難重重。為了提高續航能力,它們改用了藍牙連接,但這一改不要緊,整個內部電子元器件都要進行更換。因為技術限制,BB-8的活動範圍只能達到100英尺。而且因為設定中BB-8的頭部是懸浮在身體上的,Sphero不得不使用一種「偽逆平擺傳動機制」來模擬這種效果。

真正讓BB-8顯得那麼與眾不同的,可能就是它專屬的應用了。在iOS和安卓平台上你可以利用該應用驅動BB-8,發出語音指令,甚至像星戰電影中的橋段一樣控制它。BB-8搭配獨家應用上的星戰原聲音樂和動畫,令人印象深刻了。

整理自雷鋒網、CNET、癮科技,各內容版權歸原作者所有。

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