获奖等级：三等奖
作者：包壮壮，李帅，赵海龙
指导教师：郭庆，吴华兴
中国人民解放军空军工程大学
装备管理与无人机工程学院，西安，710051
由于解魔方机器人结合了计算机视觉、图像处理、机器人控制技术、魔方算法等多学科知识，此次比赛更是要求只用两只机械臂，相较于以往的多只手臂形式有了很大的改变，难度也随之增加。设计者充分调研了解魔方机器人的研究现状，在此基础上分析了现有系统的功能组成。本项目的目标是针对现有大多数解魔方机器多臂样式，采用类人的两手结构，设计一种基于机器视觉KNN分类算法、Kociemba魔方解算算法以及由舵机控制的，可以把任意打乱的三阶魔方复原的两指魔方机器人——“魔镜”解魔方机器人（图126）。
与以往的魔方机器人相比，本作品在以下几个方面做了创新性的优化设计，使机器人在魔方立方体的稳定性和复原速度方面取得了很好的效果。(www.xing528.com)
（1）传统的魔方使用阈值法来识别魔方的颜色状态，颜色识别率较低，易受到光照强度和鲁棒性的影响。本项目使用更成熟的KNN分类算法，消除了光强度对颜色识别的影响，魔方的颜色识别基本没有错误，大大提高了整个系统的稳定性。
（2）Kociemba魔方解算法的复原步骤更少，其最大复原步数为21步，解算器时间为毫秒级别。尽管传统的层先法有一个简单的思路，但平均需要大约150个步骤，而步骤数略少的CFOP算法也需要大约100个步骤。
（3）本项目使用二叉树模型来优化Kociemba算法的恢复指令并测试节点。结果表明，优化效果非常显著，进一步缩短了魔方的复原时间。
（4）在本项目中，舵机被用作机器人的驱动组件，由Arduino Leonardo控制。
该魔方机器人的设计分软件系统和控制硬件系统两个方面。团队经合作和多次尝试，不断改进机械结构，大幅提高了系统的稳定性与可靠性，达到了预期目标。
图126 “魔镜”解魔方机器人
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