第1章 机器人
01 《星球大战》里的BB-8机器人你也能造！
没错，本次教大家造的就是那个电影《星球大战：原力觉醒》中新出现的机器人BB-8（见图1.1）。从2015年10月官方放出的首个预告片开始，结构奇特、行为呆萌的BB-8就俘获了大批粉丝的心，受欢迎程度与主角们相比毫不逊色。当然，它自己本身也是主角，在影片中的戏份并不少。在洛杉矶举行的首映式上，BB-8也作为主角之一“滚”了一次红地毯。
图1.1 影片中的BB-8
在影片中，BB-8是像木偶一样被控制的，想把BB-8机器人做成电影里那样自由行走的机器人可不容易。人们在惊叹之余，BB-8的工作原理也得到了外界非常激烈的讨论。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。
那你也许会问，BB-8的工作原理是什么？直到Sphero的一份专利曝光，才揭露了BB-8的工作原理。与外界所认为的BB-8两个球之间是相互独立工作的不同，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”的专利中，球体的内部会有一个重力装置，由两个轴轮电机与一个保存垂直的桅杆组成（见图1.2）。轴轮电机在运动的过程中，会让球体重心发生偏移，从而影响球体的运动。它的工作原理就和太空球类似，当有物体进入时，通过改变位置会引起球体的重心变化，最后会导致球的旋转和向前运动。
图1.2 磁性耦合的自走式装置原理图
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。实际上它采用了磁悬浮技术，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。我们可以看到，在BB-8的运动过程中，头部通常是倾斜的，这是由于重心在行进过程中总是倾斜的（见图1.3）。
图1.3 BB-8运动过程中重心的变化
本次教大家制作的BB-8机器人属于mini版，身体主要结构都是通过3D打印机打印的，控制单元采用了DFRobot的Romeo BLE mini控制器，这款控制器小巧且功能强大，在继承了RoMeo BLE所有功能的同时，还集成了蓝牙4.0通信、3pin传感器接口、2路电机驱动，所以对空间要求非常苛刻的项目，这款迷你的控制器绝对是不二之选。控制采用手机GoBLE App与Romeo BLE mini板建立通信来实现。电源方面，我利用一块1000mAh/3.7V锂电池作为电源，由于Romeo BLE mini控制板的工作电压最低不能低于5V，所以这里需要5V的升压模块。首先看我画好的电路连接示意图，如图1.4所示。
图1.4 电路连接示意图
嗦了一大堆，原理也知道了，那就开始造吧。需要准备的材料如图1.5所示，需要3D打印的部件如图1.6所示。
图1.5 需要准备的材料
图1.6 需要3D打印的部件