获奖等级：入围奖
设计者：王铭杰，姜童，张旭
指导教师：刘刚，王艳柏
长春大学，长春，130022
本项目设计的Minuteness小方魔方机器人（图132）是一款能将任意打乱的三阶魔方自动复原的机器人，主要通过摄像头颜色识别、PC端算法计算、单片机控制机器动作三个部分，分别模仿人的眼睛、大脑、手指，从而进行魔方的还原。本系统涉及的主要技术有图像识别和处理技术、串口通信技术、单片机控制技术、气压与液压传动技术、机器人控制技术等。(www.xing528.com)
首先，电脑通过USB连接摄像头，控制机械手转动，分别采集魔方的六面色块信息。通过OpenCV设置摄像头获取魔方的整体情况后，传递给上位机。上位机接收信息，识别每个色块的中心，使用色阶梯度算法缩小并保存6张3×3的像素图（每一个像素代表一个魔方色块），通过提取HSV色彩值来识别颜色。接下来进行算法的实现，本算法运用Python语言来实现，通过矩阵转置和中心色块识别将颜色矩阵转化为坐标方向矩阵，将方向矩阵使用基于Kociemba的解魔方算法计算出解魔方的步骤后，进行魔方还原。
本系统选用运算能力较强的STM32单片机，STM32单片机通过接收PC端串口发送过来的指令对舵机和电子开关进行控制，从而使机械臂准确旋转90°、手爪快速开合。夹持部分采用双指的夹持结构，用气泵作为夹持机构的动力源；夹持机构采用气动手指，气动手指具有开合速度快、精度高的特点。通过大量测试，本魔方机器人平均40s能够将任意打乱的魔方还原。
本作品所有非标准件均由3D打印技术制作而成，相较于标准件及传统工艺加工的零件，具有精度高、易加工的优点。
图132 Minuteness小方魔方机器人
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