我设计了一个能自己在角上保持平衡的立方体

一个自制的“平衡立方体”能借助内部反作用飞轮站在一条边或一个角上,这种近乎超现实的表现和精密金属加工都让读者着迷。评论者探讨了它的控制方法如何与卫星姿态系统和陀螺运输工具相关,争论安全与成本权衡(当前成品零件成本约 2500 欧元),并交换更便宜的变体思路,例如 3D 打印飞轮、无人机电机或基于流体的执行器。这个项目也引发了关于开放学术工作、作为软件工程师学习电子与控制理论,以及把这类机构做成艺术品或商业桌面玩具的更广泛思考。

总体反应

  • 许多评论者觉得这个物体令人着迷且很美,把它比作“魔法”或幻想中的神器。
  • 很多人强烈希望购买或量产一个更便宜的版本;也有人希望把它做成博物馆尺度或永久性的公共雕塑。
  • 也有人对其实用性、成本和安全性表示怀疑(例如高速飞轮靠近手指、以及潜在的剧烈失效)。

成本、制作与安全

  • 据称物料清单(BOM)约为 2500 欧元;仅电机和控制器就要几百欧元,再加上昂贵的 CNC 加工。
  • 降低成本的建议包括:加配重的 3D 打印飞轮、无人机/四旋翼电机和 ESC、用水刀切割钢材代替铣削不锈钢、激光切割亚克力面板。
  • 中国电商平台上有便宜的类似 Cubli 套件和模块,价格约 50–500 欧元,但质量和表现不明。
  • 安全方面的想法包括:有机玻璃或钢制防护罩、完全封闭的立方体、注意每分钟数千转带来的振动;也有人担心 3D 打印轮比钢轮更脆弱。

机制与物理

  • 核心原理:反作用飞轮提供扭矩来改变姿态;这与航天器上的反作用飞轮非常相似。
  • 有人澄清,仅仅通过改变质心位置(例如液体晃动)并不相同;泵送液体系统可以模拟反作用飞轮,但不太适合持续旋转。
  • 还区分了反作用飞轮与控制力矩陀螺(用于陀螺单轨列车)。
  • 讨论了飞轮饱和以及需要减速或反转飞轮以保持控制。

控制与软件方面

  • 平衡是经典的控制问题(IMU + 反馈控制器)。很多人提到 PID 调参、符号错误,以及即使理论扎实也不可避免要反复试错。
  • 使用 Fusion 360 来获取控制模型所需的转动惯量和质量,但增益仍然是手动调的。
  • 也有人提出用神经网络控制器作为手动调参的替代方案。

相关装置与应用

  • 直接关联到卫星、船舶稳定器、陀螺单轨列车、自平衡机器人,以及像自平衡沙发这样的艺术作品。
  • 有人计划或希望用机械刹车实现“跳起”和“行走”行为;文中还提到之前的 Cubli 工作和 M-Blocks。
  • 推测性的应用包括:车辆和建筑稳定、桌面玩具、攀爬更大的立方体、太阳能或感应充电版本。

学习、可及性与元话题

  • 许多软件工程师表达了羡慕;也有人反驳说,Arduino/ESP 项目和在线套件让这类东西其实很容易上手。
  • 有人争论这算“设计”还是“发明”,但大多数人同意其中的机械和控制设计工作都很有分量。
  • 一段很长的旁支讨论了更广泛的 AI/自动化影响以及“蜂群”式机器人,另一些人则反驳说,机器在受限环境之外仍然很难胜任。