获奖等级：入围奖
设计者：高达，王明旭，吴端丽
指导教师：李海连，罗春阳
北华大学，吉林，132021
本项目设计的魔方机器人（图128）主要由两组机械手臂组成，通过电机支座将两个手臂固定在底座上，在电机和舵机的分别驱动下，模拟实现人手部和腕部的动作。舵机带动联杆转动，进而驱动两根机械手指在导轨上滑动，实现机械手指的夹紧和松开动作；伺服电机带动支撑板转动，实现机械手腕部转动。摄像头把魔方照片发送给主控板处理、识别颜色，之后主控板将魔方状态序列发送给上位机解算。主控板通过伺服驱动器控制直流伺服电机转动。魔方机器人根据上位机传回的指令还原魔方。
机械臂主要由伺服电机、电机支座、编码器等部件组成。电机支座采用聚乳酸（PLA）材料3D打印完成，为保证其强度，两侧分别设计了10mm厚加强筋，电机支座与固定底座之间由螺栓连接，保证了机械手臂在运行过程中的稳定性。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。(www.xing528.com)
机械手主要由机械手指、导轨、联杆、舵机、舵机固定座等部件组成。通过曲柄连杆机构使机械手指在导轨上做直线运动，动力由舵机供给。为保证机械手的刚度和强度，导轨和舵机固定座均采用Q235钢制作而成。通过优化计算得出，两手指间最小距离为57mm，最大距离为86mm，单个手指的直线运动距离为14.5mm。
魔方的初始状态由OpenMV摄像头识别，将魔方当前的颜色数据传送给上位机，上位机将接收到的数据整合得出还原步骤，经串口传送到STM32控制中心，由STM32控制各个电机与舵机执行还原动作。电机的供电由12V开关电源提供，降压模块由12V降到5V，给STM32主控和舵机供电。
作品中的主控芯片选用的是STM32，魔方机器人需要两路PWM控制舵机，通过UART将上位机与主控芯片通信，满足魔方机器人的运动控制的需要。
上电初始化后通过手臂翻转魔方使颜色识别模块对魔方六个面进行拍照，提取出6种54个颜色信息，采用Kociemba算法，优化传统的通过设定阈值的颜色识别策略，通过上位机解算，完成解算后通过串口发送给STM32控制中心，将步骤优化，获得还原魔方的最优解。
图128 Cube NO.1魔方机器人
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
