【摘要】：整个机械手可以通过手腕部分进行旋转，手腕采用步进电机驱动。然后对步骤进行处理，规划具体的动作路径，将人手逻辑转换成机械逻辑，得到控制机械手的步进电机和舵机的命令序列，并将其输入控制双臂动作的单片机中，驱动手臂动作，完成解魔方过程。采用PWM控制舵机转角，实现对魔方的夹持与放松；步进电机采用购置的专用驱动器驱动，控制信号频率以正弦半波变化，实现电机的平滑启动与制动，增强稳定性。图139Rubik Box魔方机器人
获奖等级：入围奖
设计者：白露，李展鹏
指导教师：林森，雷呈喜
本项目以魔方机器人为研究对象，分析其系统组成结构，结合机械、电子、信息技术设计了一个双臂二指魔方机器人——Rubik Box魔方机器人（图139）。
本魔方机器人系统可分为三个模块：机械、视觉、控制。(www.xing528.com)
机械部分，主要为两只二指机械手，其相互垂直放置。手指利用舵机进行驱动，起夹持魔方的作用。整个机械手可以通过手腕部分进行旋转，手腕采用步进电机驱动。通过两只手的合理配合，可以实现对魔方任意面的翻转。整个装置斜45°放置，目的是利用魔方的重力，增强系统的稳定性。
视觉部分，采用四个高清摄像头进行图形采集，获取魔方的初始状态。使用OpenCV库对采集的图像进行处理，识别出色块的排列顺序，从而求解魔方。求解魔方的算法基于德国数学家Herbert Kociemba提出的两阶段算法，通过输入识别出的色块序列，可以处理得到20步左右还原魔方的步骤。然后对步骤进行处理，规划具体的动作路径，将人手逻辑转换成机械逻辑，得到控制机械手的步进电机和舵机的命令序列，并将其输入控制双臂动作的单片机中，驱动手臂动作，完成解魔方过程。
控制对象包括舵机、电机。采用PWM控制舵机转角，实现对魔方的夹持与放松；步进电机采用购置的专用驱动器驱动，控制信号频率以正弦半波变化，实现电机的平滑启动与制动，增强稳定性。
团队经合作，成功完成了魔方机器人所有部分的设计，并进行了联合调试。调试的平均结果为：采集时间约5s，解魔方时间约20s，共计25s，达到了普通魔方选手的水平。
图139 Rubik Box魔方机器人
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