中南大学双臂机器人魔方手

获奖等级：三等奖

设计者：刘乔，杨宇豪

指导老师：刘丽珏

中南大学信息学院，长沙，410205

本作品（图127）设计采用双臂二指的机器人结构。手指使用手指型气缸，采用气泵配合二位五通电磁阀控制手指张合；手腕转动使用52步进电机，高扭矩带动手部转动，相位反馈得到当前转动角度，实现精确控制；机器人观察采用单目摄像头，开发使用自适应颜色算法，理论上可观察多种颜色组合魔方；观察结果以URFDLB面的顺序输入Kociemba两阶段算法；得到解法后，按照自定义通信数据格式使用串口输入给机器人执行，机器人执行解魔方操作。软件操作均在PC机上完成，基于Python和OpenCV开发出便于操作的可视化界面。

本作品的设计以PC机为核心，使用摄像头采集魔方图片，使用颜色算法得到魔方的结构信息，通过Kociemba算法获得解法后，转换为机器人控制器规定格式的数据通过串口发送给机器人。机器人控制器根据数据控制执行单元进行相应的操作，并与PC机进行通信，保证同步性。(www.xing528.com)

本作品机械结构采用双臂二指结构，使用铝材质套件进行组装。手指为二指夹取，只包含一个指关节。手腕处可带动手部自由旋转。其余部分均为固定，两手臂成90°安置，确保两手在固定位置夹住魔方。摄像头为单个单目摄像头，置于左手手部斜上方，以便拍摄魔方的一个面。

手部结构使用手指型气缸，手指采用45°结构片拼装。当手指加紧时，魔方的边缘会在斜角连接杆处滑动至手指顶部。手指顶部使用硅胶管增强摩擦力。手指的张合使用电磁阀控制。腕部采用52大扭矩电机，带动整个手部进行转动。四相调节可精确控制舵机转动角度。

硬件控制使用Arduino主控板，主控板使用8位芯片，在Arduino IDE编辑器中使用类C语言进行编程设计。硬件控制包括与PC的数据交换、手部张合、腕部转动等方面。

图127　中南魔手