做做AI，造造人 - 动力老男孩的博客

底座完工以后，需要把它连接到电机上。需要注意的是，我们还需要把这个底座变成一个40度左右的斜坡。为什么要有坡度呢，肯定不是吃饱了撑的。因为萝卜头只有一个爪子用来翻转魔方，有了坡度以后，借助重力作用，轻轻一推就可以翻过去。
经过我多次实验，坡度太大的时候魔方容易滚出台外，坡度太小了又翻不过去，这个40度左右刚刚好。

说起这个，我想起前不久的老同学聚会，有些同学太“爽快”，聚会非要喝到人仰马翻为止。其实任何事物都要掌握一个度，所谓“酒饮微醉，花看半开”。不喝酒没气氛，喝多了太伤身，还鬼哭狼嚎的。。。就像这个斜坡似的，恰到好处最合适。

又扯远了，先远观一下我们即将要做的部分（下图的右边部分）

接下来要介绍右侧的电机和斜坡支架

好，接下来继续看图说话：

在底盘背面加上四个转向固定连杆

插上以后的效果

电机连接需要的配件

电机连接效果

后来发现那个大直角插件有问题，换成黄色的这个了，懒得再拍一遍，凑合看吧

连上以后的效果，领会精神吧，自己试试

支架需要的配件组装后的支架

我最爱的转向“插销”，又结实又好用

支架和电机连接

加一个蓝色插销加强一下

连上一个大直角，这个是以后用的，先放着

准备做另一边的支架

组装后的第二个支架

支架与电机连接

这些是固定宽度的撑杆

这个支架还没有完全连起来，给它添加一个直角连接，连接的照片忘拍了，自己试试吧

完工了！看看四脚朝天的效果图

接下来的几篇攻略会以图片为主，基本上每个步骤都加上了下一个步骤需要的颗粒，相信聪明的你肯定能理解。
首先要制作的是魔方的底座，就是下面这个东东：

可旋转的魔方底座

（我家娘子看了上面这张图，第一反应是“结婚戒指呢？”。哭，好不容易找的角度，居然被慧眼如炬的识破了……:)
下面是看图说话环节：

双层的齿轮盘+两个连杆

这个是背面，接上转向连接件

没啥好说的

装上了“擂台的四个柱子”

这些将是“擂台的围栏”

两个围栏的最后合影，从此天各一方

另外两个围栏

四面围栏搞定，准备开始铺地砖

定位销钉

这是几块“地砖”

继续铺地砖

地砖安装前

大功告成，看看效果

两点说明：
1，这样装完的底盘是有沟壑的，翻转魔方的时候会有很大摩擦力，需要铺上一层光滑的纸或塑料；我从零食盒上剪了一块方形的塑料贴上了。
2，就在我制作的过程中，国甲魔方出了第二代，比标准的魔方小一点，为56mm（标准Rubik’s是57.15mm）。因为这一点点误差，萝卜头回国以后一直水土不服，直到我把四周的护栏缩小了一圈。各位同学到时候请根据自己买的魔方来做相应调整。

这是最近的样子：

调整后最新的样子

接下来我会给大家介绍如何搭建萝卜头的结构。事先需要说明以下几点：
1，搭建好的萝卜头是不能动的，只有烧入程序以后，它才开始有思考能力
2，所有照片都是我在搭建过程中拍的，许多地方后来都做了修改
3，如果你完全按照我的攻略，肯定可以复制出一个萝卜头，这叫“抄作业”
4，如果你参考我的攻略，领会精神，也可以做出自己的窝窝头或其他什么头，这叫“做作业”

凡事预则立，不预则废。开始动手之前，在脑子里要先有大致上的构思。
NXT套装一共有三个电机，四个传感器（声音，距离，亮度和接触），另外有个单独的颜色传感器。
颜色传感器每次只能读一个点的颜色，为了扫描整个魔方，必须用一个电机带动它来读取不同的位置。
剩下的两个电机，一个用来“转”，一个用来“翻”和“抓”，这样才能切换到不同的面并进行操作。
有了大概的方向以后，就可以按照这个思路来搭建了。乐高有个巨大的优点就是积木式的设计，你可以随意调整它的结构。
我目前的这个方案也是经过了许多次的尝试，搭了又拆，拆了又搭，等大拇指上磨出一层茧的时候就差不多了。

在我的设计里，后来陆陆续续加了一些功能，其中影响到结构的包括：
1，增加了距离传感器，用来判断底盘上是否放上了魔方。
2，增加了亮度传感器，用来修正底盘旋转角度的误差。
3，为机械臂增加了一组减速齿轮，用以增加臂力，避免脱臼和骨折的发生。

由于这些原因，加上我也懒得拆开重新拍一遍，所以你看到的照片和最终的成品会有一些不同。
从另一个角度来说，结构设计并没有标准答案，你可以发挥想象力，做出更个性的机器人！
（呼呼，又说了很多废话，下面正式开始上图）

之前说了，9797搭配销售的有一块锂电池，但是没有充电器。而8527更是连锂电都没有。
NXT需要9V电压，共计六节电池，说实话每次充电真是烦死我了（我的充电器是4口的，总过需要30小时充电！）。
如果你想单独购买充电套装，对不起，大概需要700块钱！

好吧，忍无可忍了，下面看看我用废纸，铁钉，电线和直流变压器做成的电源：
1，找两根铁钉，长一点的，需要跟电池差不多长
2，在铁定上绕上两根电线，注意用红线连接正极，黑线连接负极
3，用白纸把铁钉裹住，裹成差不多跟电池一样大
4，买一个圆口的9V电源，额定电流要大，如果需要给锂电池充电的话，最好电流在800mA以上
5，买一个圆口的小插座，用来连接铁钉和电源
算一算成本，小插座2元，9V电源15元，其他的铁钉电线啥的从平时收集宝贝的箱子里翻翻就有了（也有人称之为叫垃圾箱，玩机器人的兄弟，平时需要养成收破烂的习惯）

看看效果吧：

二十元的电源套装

9V直流电源

铁钉做成的“假电池”，正好可以放进电池盒

好了，所有需要的材料都已经列出来了，大概只需要2700~3000元左右。
接下来咱们就可以动手开工了！

PS：应程序猎人的要求，我再贴两张清晰一点的接口图片

电源插口

后面的三个焊脚，用万用表量，两个连通的是地，另一端是正

至于插口的大小，带上你的变压器，在电子市场试一下就知道啦！

二，颜色传感器
身价第二高的同学隆重登场了。想玩魔方，当然要先能看到魔方，并且识别它的颜色。
NXT套装里自带一个亮度传感器（Light Sensor），我曾经打算用它来读取魔方的颜色。
后来发现这个亮度传感器只能读出灰度值，就跟个色盲似的，让它寻个线还凑合，让它看魔方简直就是杀牛用鸡刀。
没办法，只好再买一个专用的颜色传感器吧！
照样上淘宝买吧，价格500元左右。
需要注意的是，这个传感器虽然价格很贵，但是性能却没有想象的那么好。
它能以RGB的形式返回颜色值，但是误差是相当的大，后面我会专门介绍一下怎么在巨大的误差下判断颜色。

NXT 颜色传感器

三，魔方
魔方是制作萝卜头过程中非常关键的一环（废话）。问题在于，你不能随便在街头买个烂魔方，然后交给萝卜头。
因为萝卜头身体比较单薄，大刀耍不动的结果是把自己玩残了。
我的第一个魔方就是街头花10块买的，当时还觉得相当贵，想当年好像只用了一块钱。
结果很明显，魔方转到一半，萝卜头的胳膊飞出来了。
后来我分别买过Rubik牌和国甲牌，价格都是50左右，质量上还是咱们国产的好！
所以这里强烈推荐国甲，另外再强烈推荐个淘宝店叫魔方小站，自己搜一下吧：）

国甲魔方

四，乐高配件
乐高公司真是一个伟大的奸商。它的产品很好，但是零件总是不够用。当你差几个连杆的时候，就会发现这玩意儿真是贵的惊人。我建议不用专门去买连杆或者销钉这样的小件。可以直接去买个乐高小车或者推土机这样的套装，反正多出来的也没损失。
让人欢欣鼓舞的是，乐高颗粒有很多山寨的，尺寸完全一样，质量稍差一点，但是价格只有四分之一。
（一分钱一分货，乐高原装颗粒都是无毒的塑料，如果给孩子玩的话最好买原装的）

乐高铲车

决心开始你的机器人之旅了吗？好，是时候从钱包里掏点诚意出来了！
那些从电路开始做起的爱好者们，他们买器件就像是软刀子割肉，今天几十大洋，明天一百大洋，最后都不知道花了多少钱。
幸运的是咱们这个项目，完全就是一锤子买卖，总价三千以内，买完就不用再花钱了。
下面从最贵的家伙开始介绍。

一，乐高（lego）NXT Mindstorm机器人套装
还不知道乐高机器人的同学，请先Bing一下乐高+nxt+mindstorm+介绍。
我看完介绍，流的口水差点把键盘短路了。先别猴急，买东西一定要货比三家，毕竟咱们的银子也不是天上掉下来的。
NXT有两种版本，一种是教育版（型号是9797），一种是玩具版（型号是8527）
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感谢热心网友Li Fanxi和inshua的线报：
目前8527已经被8547替代，套装中已经包含了颜色传感器，暂时不包括锂电池。
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对萝卜头来说，两种版本都可以用，下面是一些对比：
# 9797比8527贵400块左右
# 9797比8527多一个锂电池（奸商没有配充电器，稍后我会介绍如何用20元DIY一个电源）
# 9797比8527多一个触觉传感器（其实就是一个按钮）
# 9797比8527多一个收纳盒，这个盒子真是个好东西，不过自己买一个也很便宜
# 两者的零件组合稍有差别，总数量上差不多
总结：不差钱就买9797，节约点就买8527。

NXT 8527玩具版

NXT 9797教育版

8527在乐高的官方网站上售价是250美元，约合我朝1700大洋。遗憾的是送货地址只有欧美的几个国家，而中国的总代理西觅亚报价是3000大洋！
因为这个事情，我曾用蹩脚的英文给乐高客服发了封强烈谴责的邮件，客服小mm服务态度还挺好，很快就回了封邮件（假设对方是小mm有助于缓解愤怒情绪）。大意是由于贵国征收了较高的关税，所以我们也无可奈何云云。。
有道理啊！想我泱泱大国，天朝上邦，自然物价要高一点才能体现出那啥主义的优越性。你看咱们的汽车比美国贵，房价比美国贵，玩具比美国贵。。
扯远了，其实你可以直接在淘宝搜索，价格便宜好多，这里我不就不做广告了。（感谢淘宝，感谢马云及其十八辈祖宗！）

有了想法，接下来该怎么行动呢？我建议的方式是：
考查 -> 确定方案 -> 架构 -> 实现 -> 改进

我们先开始考查，随便Bing一下 rubik+cube+robot 。你可以找到各种奇奇怪怪的魔方机器人，例如：

各种神奇的魔方机器人(无聊的人还真不少)

需要链接的请点这里：
http://www.switched.com/2009/09/17/teens-rubiks-cube-robot-solves-classic-puzzle/
http://video.google.com/videoplay?docid=-2084071621500271233#
http://www.youtube.com/watch?v=jkft2qaKv_o
http://www.engadget.com/2007/12/17/kawasaki-robot-solves-rubiks-cube-in-six-seconds-flat/
http://tiltedtwister.com/

我决定参考（请注意是参考而不是抄袭）图中左下的方案，该方案基于Lego公司的NXT Mindstorm机器人套装制作，有以下优点：
1，成熟产品，无需设计电路和焊接
2，积木式设计，扩展性超强
3，三组电机，多种传感器，蓝牙连接，功能很完善
4，有很多第三方的开发包，编写代码很方便
5，价格可以承受(2k左右)

它的缺点：
1，个头小，功率不高，转魔方没问题，干重体力活就不行了
2，塑料连接件，容易出现误差
3，想进一步扩展电子设备较困难

万丈高楼平地起，确定方案就是迈出了第一步！请注意：貌似最轻松的这一步恰恰是最关键的，因为它会影响到之后的所有工作。这个考查阶段，我大概用了一星期的时间查阅资料，对比和估算了各种方案需要的时间和经费；另外还需要一个大概的可行性分析，确定这个方案可以行的通。

现在回过头来看，可行性分析非常重要但也不要钻牛角尖，因为做一件事很少能一帆风顺，总会遇到各种出乎意料的问题。只要不轻言放弃，开发人员永远都可以兵来将挡，水来土掩。

接下来就准备掏银子采购吧，像泡妞一样，该出手时就出手！

在开始介绍方案之前，我先回答一个问题。有人问我，为什么你无端端的会想起做一个解魔方的机器人呢？

（嗖~~镜头切换到1990年）
玩具店里，一个小P孩正呆呆的看着一架模型飞机。他的眼睛里充满了渴望，小伙儿追求姑娘的眼神也不过如此。
但是他没有哭闹着要买，因为他知道家里没有多少钱（哈哈，这娃真懂事啊）
最后他挑了一个很便宜的魔方，这个魔方成了他几年内唯一的玩具。
那个时代没有网络，信息匮乏，这个不算聪明也不算太笨的小P孩，自己一个人闷头玩了两年，终于找到了还原的方法。

（嗖~~镜头又切换到1996年）
在座如果有北航的校友，应该知道冯如杯科技制作竞赛，每年各系都有老师组织并指导学生参赛。
航空发动机系的新生：老师，我想做一个能转魔方的机器人
指导老师（观察中：这个学生真是特别啊–看上去特别呆）：
嗯，你的想法非常好，不过我觉得实现起来很难，而且没有什么实用价值，另外咱们系也没多少经费……
于是这个不切实际的想法就这样被咔嚓了。
题外话：其实当时计算机还在Dos时代，Internet更是还没在北京出现，做这样的机器人确实非常困难。我后来参加的Atar9C发动机实体模型项目，获得了冯如杯的二等奖。
这个发动机至今还展览在北航三号教学楼的发动机陈列室里，回想起来还是无法抑制的臭美啊！

（镜头再次切换）
某公司老板酷爱长跑，为了迎接新加坡马拉松大赛，他组织了一次公司内的热身长跑活动。
在这次活动里，只要跑完20公里，就可以获得几百大洋的奖金。
有一位年轻人恰好出差到此，跑两小时就有几百大洋入账，不赚白不赚啊！
不幸的事情发生了，半路上他亲眼目睹了一个同事倒下，心脏病突发。
虽然这种事在长跑中很常见，虽然和这位同事素不相识，但是年轻人还是被震撼了
人生如白驹过隙，你曾经想过要做一些事情，但是“有空了再说吧”，“有钱了再说吧”。。懒人的借口总是好找的。
当然，大多数人不会以这种突然的方式离去，他们只是在不知不觉中变老，然后有一天，他们会“突然”发现自己没多少时间了。
所以他决定做点事情，从十多年前被鄙视的小心愿开始做起。
题外话：世事就像变幻莫测的魔方，一串貌似毫不相关的因，可能会结出一个莫名其妙的果。这就是传说中的蝴蝶效应吧！

    胡温戊子年（即公元2008年）的夏天。就在举国上下喜迎奥运的时候，有一个年轻人却收拾行装，非常不爽的离开了北京。因为他是干程序员这一行的，这个行当简单说就是收人钱财，替人消灾，有时候还TMD必须去外地消灾！

    这次消灾之行的目的地是新加坡。消灾的日子是非常难熬的，去公司忙的要死，回公寓又闷的要死。因为这位同学不会k歌，不打游戏，不看电视，更不会去芽笼逛街，当地为数不多的几个景点都去过好几遍了。

    正所谓：天将降大任于斯人也，必先苦其心志（需求天天变），劳其筋骨（加班天天不变），饿其体肤（没人煮夜宵），空乏其身（股市有风险），行拂乱其所为（投资不谨慎），所以动心忍性，增益其所不能。终于有一天，这位同学忍无可忍，决定做点事情打发时间。两个月后，第一版的解魔方机器人就这样诞生了（没错，这个莫名其妙的同学就是我自己）。

    当然，既然是第一版，肯定有很多问题。例如颜色读不准，手臂卡住，步骤太多等等。经过一年断断续续的修补，最近终于完成了非常稳定的第三版。

    给大家介绍一下，这个机器人的中文名字叫萝卜头，英文名是Robot~。它能在三分钟到五分钟内还原一个任意状态的魔方，还原步骤平均在25步左右。

    先来个特写：

来个特写

正面免冠大头照：

正面免冠大头照

再换个角度秀下侧面：

再换个角度

 Youtube请看这里：
http://www.youtube.com/watch?v=MXk5-dvkBWo

好了，看完表演，没兴趣的同学可以散场了，下面是几个小小的总结。

制作这样的一个机器人，我们需要什么：
1. 兴趣，这点不用多说了，假设没兴趣的同学已经飘过了
2. 时间，上班族可能需要两个月的业余时间，如果你是学生，恭喜你可以打个五折
3. 钱，人民币三千大洋以内，跟一部普通手机差不多。有趣的是，不同的人对此反应截然不同。一类人会说“哇，只用三千块啊”，另一类人会说“哇，三千块就做这么个东西啊”，您觉得呢？
4. 一定的编程基础，在我的攻略里，会使用Java和C#来介绍
5. 一台能上网的电脑，听哥一句话：少玩游戏，多查资料:)
6. 家人的支持。如果您的另一半反对的话，估计这事基本就没戏了。还好，我家娘子是EE专业人士，目前是兼职的免费助理

我们不需要什么：
1. 如果你没有电子电路知识，或痛恨焊电路板，请不要担心，这个机器人不需要自己制作电路部分。
2. 同样，我们也不需要做任何机械加工，所有器件都是塑料件，顶多需要用小刀削掉一些边角。
3. 大师们经常说“我们的研究，是在马啥主义，毛啥啥思想的指导下开展的”。每当我听到这些，都会崇拜的内牛满面。所幸的是，我等草民只需要拿来主义和面向对象的编程思想即可。
4. 参考书，这是个新奇的领域，几乎找不到相关的参考书，还是省点钱在网上查资料吧

最后，如果你看了这些以后仍然很有兴趣，并决心走上DIY之路的话，请经常来我的博客转转 
我会陆陆续续发布后续攻略，按照这些攻略你也可以亲手做出一个解魔方的机器人。即使你对魔方不感兴趣，至少也能得到一点启发和灵感。