魔方快速还原机器人：基于二阶段搜索算法

获奖等级：三等奖

设计者：黄梓濠，黄满桃，陈维锐

指导教师：潘云峰，池志强

广东理工学院，肇庆，526114

随着人类社会的快速发展，“智能化”成了21世纪的一个新主题。许多人都玩过魔方这个“烧脑”的玩具，也都想要快速完成魔方的还原。面对魔方的多变性，想要快速完成并不容易，而人工智能就能很好地解决这个问题。本项目的目的就是设计一款可以快速破解魔方的智能机器人——基于二阶段搜索算法的魔方快速还原机器人（图117），为我们的生活增添乐趣。

应大赛规定，本次作品采用手臂固定，手腕容许转动，手指为二指的形式。

该魔方机器人的主要组成如下：

采用正交双臂平置式的布局结构；

末端手指执行机构为开合型手指气缸；(www.xing528.com)

手腕采用57步进电机驱动；

控制器采用主频22MHz的STC15F2K60S2 八位单片机控制；

上位机使用PC机作为解算器进行解法解算；

使用DO3THINK U3S2000-H彩色相机采集魔方图像；

辅助光源使用WORDOPFQ2-100×100平板光源。

此机器人是一款计算机与机器人机械结构相配合的竞技类魔方机器人。我们使用的是主流的计算机解算魔方的二阶段搜索算法，此算法原理简单，计算量小，生成解法长度可控。为了追求解算速度和解法简洁性，我们将解法步骤限制在21步内，解算时间小于0.2s，相对比于人类，魔方机器人能够更快速地扫描魔方的六个面的颜色信息，得到最高效的解算方法，然后通过机器人机械手的运动完成魔方的复原。

图117　基于二阶段搜索算法的魔方快速还原机器人