获奖等级：三等奖
设计者：黄宏志，任立博，黎鹏宇
指导教师：王建荣
为在大赛规则允许范围内设计高效的魔方机器人，设计者充分研究了现有的两臂魔方机器人，并从机器人三个重要组成部分（机械结构、电控、算法）下手，多方面提高机器人解魔方的效率，并取得了一定成果。
在设计方案上，不同于当前大部分魔方机器人采用双臂二指结构，本项目设计的魔方机器人（图123）采用四指与二指组合的设计。纯二指设计仅仅对于两个面能较快速旋转，其他四个面的旋转需要经过较多操作才能进行，效率很低。本作品方案中底面四指的对称设计使得前、后、左、右四面操作基本等价，旋转底面也很简单，这样可实现五个面都可以快速旋转。此外，由于地面有四指支撑，很多操作可以并行执行，可进一步提高效率。经分析该方案较二指设计效率可以提高一倍以上。不同于一般魔方机器人使用步进电机和舵机实现手腕旋转和手指开合，本项目使用大扭矩无刷直流电机（DJI生产的RM6623电机和M2006电机），通过PID闭环控制精确快速地控制手腕旋转和手指抓取，并利用电调扭矩信息对扭矩进行闭环控制，精确控制手指抓力大小。(www.xing528.com)
在机械结构上，不同于舵机，电机的电调及连接线需要占据大量空间；如果跟着手腕转动电线容易被绞断，而且两个电机电调的重量会导致手腕电机惯性过大，PID难调。针对以上问题，设计者设计了嵌套中心桶结构，使电机和手腕分离并通过齿轮传动实现手腕电机和手腕分离。嵌套中心桶结构也保证了两对指不会互相干涉。
在程序算法上，为克服颜色识别中光照信息改变、图像噪声、不同魔方之间颜色的差异等不稳定因素，设计者使用聚类模型直接分析获取的所有颜色并分类，最后基于分类结果以及一定的投票机制确定各个面的相对颜色。解魔方算法继承了著名的两阶段算法，通过对两阶段算法的搜索算法改进获得不同深度和宽度的多解，并基于自身机械结构选择最合适的一组解。该算法较好地权衡了解算时间和翻转时间，优化了魔方机器人求解的总时间。
经制作测试，该魔方机器人可以较好地完成解魔方任务，平均解魔方时间为20s。
图123 CUZ Cube魔方机器人
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