揭秘《星球大战》萌宠机器人BB-8内部结构、机械原理，及幕后故事

乐了就笑她男人 · 发表于 2017-9-6 21:12:04

星战电影中的R2-D2机器人已经成了一个文化符号，它卖萌能力天下无双，并被全球观众所熟知。不过在今年12月上映的《星球大战：原力觉醒》中，J·J·艾布拉姆斯又给我们带来了一位新朋友球形机器人BB-8，这个新的卖萌神器不知道夺走多少观众的心了。

据称星际大战7：原力觉醒新登场的机器人BB-8使用的就是Sphero的技术，，而且电影中用的不是CG而是真的模型。Sphero本身是迪斯尼accelerator计划扶植的新创公司，而星际大战的卢卡斯影业又是迪斯尼的子公司，双方藉由电影合作也是意料中的事情。BB-8和Sphero基本运作原理应该相去不远，我们先从Sphero的小球开始看起。

Sphero内部零件整合的关键

Sphero这颗球名为Sphero，最新版本是Sphero 2.0，然而这并不是什么新玩意，早在2012年左右，Sphero就已经推出1.0版的产品。最近又被提起的主因还是星际大战7，以及多了颗头的BB-8。

初代Sphero滚球，内部构造拆解如上图。图片来源：technologyreview

从Sphero的拆解图中，我们能了解里面用的硬件组件，A部件是Sphero用的无线充电。这颗球与BB-8都支持无线充电，毕竟整个球没有开关也没有按钮，只能透过这种方式充电。根据官方数据，充满电可以玩60-75分钟，充电时间则是3小时。

B部件是Sphero的运动机构，2个独立的橡胶轮可让Sphero快速滚动。至于速度有多快呢，最高可达每秒1.2公尺。由于Sphero滚球并不像BB-8有个头，因此结构比较简单。C部件只是用来顶住球体的弹性支撑架，在BB-8版本中，则还多了2个滑轮与强力磁铁，藉此让头部转动。

D部件的PCB上有CPU、三轴加速度计、陀螺仪等传感器，这些东西在手机等装置上也很常见。透过加速度计、陀螺仪可感测球体内机构的倾斜度、加速度等数据，配合CPU运算就能精确掌控前进、转向等动作。

E则是蓝牙模块可让手机与其联机，透过手机遥控它的行为，在BB-8版本中，还有巡逻、AR投影等有趣的功能。可用距离约50公尺，支持Android与iOS系统。

F则是滚球版本特有的LED，可发出红、绿、蓝的灯光，至于BB-8版本则没有这个功能。毕竟BB-8身体是不透明的，装LED也没用。当使用或是充电时，Sphero会发出不同的灯光。

BB-8机器人暴力拆解

那么最新的BB-8版本有没有什么变化？实际上BB-8多了头且App更细致。 BB-8头部可拆卸，搭载了全新的充电底座且喷漆工艺不俗。BB-8机器人直径7.4厘米左右，高11.5厘米左右，净重不到200克。下面就和小编一起来看看拆解结果。

切割开Sphero BB-8的聚碳酸酯外壳

打开它的外壳后就能拿出其内部硬件，只是一个小小的塑料框架，但其中囊括了电路板，马达，驱动齿轮，电池和充电线圈。

移除Sphero BB-8的内部硬件

BB-8的内部设计与Sphero此前的产品一样，都是从中心架构中延伸出一根杆子，杆子顶端则装配两枚磁铁，而这两枚磁铁就是BB-8机器人脑袋活动的奥秘。为了仔细分析其内部结构，要移除了这根杆子。拧下了飞利浦的螺丝后，就可以拆掉系统主板。

在主板上有BB-8的大脑，也就是那块ST STM32 F3微控制器，它拥有一个72MHz的32-bit ARM Cortex-M4处理核心。它的蓝牙芯片为CSR 1010，另外还搭载了ST M24512-R 512 Kbit系列的只读存储器，HUATAI HT6292充电器，陀螺仪和速度计等。

移除Sphero BB-8的系统主板

接着拆掉塑料部件，其中包括马达和电池，BB-8靠两块3.7V 350毫安的锂电池进行供电。BB-8搭载的两台FP13-KT电动马达则负责机器人的驱动。扯掉用来充电的接收线圈，拆解就能完成。

BB-8的详细拆解图

机器人BB-8机械原理

在惊叹之余，BB-8的工作原理也得到了外界激烈的讨论。有人认为其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。

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。与外界认为BB-8的两个球之间是相互独立工作不同，这份专利透露它们实际上是一体的。

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。

其实简单来说，它的工作原理就是和太空球类似，当有物体进入时，通过改变位置会导致球体的重心变化，最后会导致球的旋转和向前运动。

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。实际上它是采用了磁悬浮的技术，在BB-8身体内部的桅杆上面装有磁铁，所以它始终能与球体重心保持在同一个水平线上，所以我们可以看到，在BB-8运动过程中，它通常是倾斜的，这是由于重心在行进过程中总是倾斜的。

另外BB-8的头部旋转部分，则可以通过添加电动机、传感器来实现。

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。

BB-8背后的故事

现实版的BB-8并非那些知名玩具公司的作品（如乐高，美泰），而是一台Sphero公司生产的由应用控制的微型机器人。不过能战胜一干大公司拿到BB-8的订单，也算是该公司的缘分。Sephro去年加入了迪士尼的科技发展加速器项目，该项目旨在利用迪士尼的现有资源帮助小公司扩大业务规模，而项目开始第二天，与迪士尼CEO Bob Iger的会面就彻底改变了Sephro的发展轨迹。

“当轮到我们与Bob会面时，办公室里只剩下Sephro的两位创始人，我和Bob，他拿起自己的iPhone开始播放《原力觉醒》的样片，这打了巨大水印的样片我们都还是第一次看到。”Sphero的CEO Paul Berberian说道。随后Bob问他们，是否能打造出样片中的BB-8机器人。

而BB-8的存在可不是一般人能获知的，就Sphero的导师们都对其一无所知。“确实，如果不是乔治·卢卡斯的死党或者迪士尼的高管，又怎么会知道这种最高机密，这个角色可是新的大杀器。”Berberian说道。

Sphero在11月顺利获得了星球大战剧组的许可，并在随后的十个月里开足马力进行研发，它们要赶在“原力周五”玩具首卖会前拿出最终的产品。

尽管BB-8在外型上与它们之前研发的机器人有几分相似，但整个研发过程依然困难重重。为了提高续航能力，它们改用了蓝牙连接，但这一改不要紧，整个内部电子元器件都要进行更换。因为技术限制，BB-8的活动范围只能达到100英尺。而且因为设定中BB-8的头部是悬浮在身体上的，Sphero不得不使用一种“伪逆平摆传动机制”来模拟这种效果。

真正让BB-8显得那么与众不同的，可能就是它专属的应用了。在iOS和安卓平台上你可以利用该应用驱动BB-8，发出语音指令，甚至像星战电影中的桥段一样控制它。BB-8搭配独家应用上的星战原声音乐和动画，令人印象深刻了。

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