获奖等级：入围奖
设计者：邓承杰，盛朝洋，李振宇
指导教师：赵永瑞，孟兆刚
中国石油大学（华东），青岛，266580
本作品是基于树莓派开源卡片计算机设计的嵌入式解魔方机器人（图158）。该机器人采用双手臂二指结构，机械部分使用飞思卡尔FRDM-E系列高可靠性微控制器闭环控制，基本功能由托管在嵌入式双Linux系统上的模块化服务程序组实现。本机器人可独立运行，也可通过LAN进行远程控制。作品配有音频、视频输出，用户可实时获取计算机视觉图像。产品提供人机交互功能，设备可根据外部环境做出反应。(www.xing528.com)
本机器人的基本功能由运行在主嵌入式Linux系统上的Python服务程序调用独立编译的OpenCV计算机视觉库实现，魔方的颜色识别使用RGB颜色转LAB颜色识别方法，解算由Kociemba模块实现，通过自主开发的复合优化算法对解算指令进行压缩重构，实现最短用时。主程序组实现的功能有：人机交互，魔方解算，协系统任务分配，微控制器指令传送。协系统的功能有：机器人开机自检及Oled的工作状态监视，实时计时功能和魔方安装调试功能。下位机采用轮询方式执行上位机指令，通过片上独特的FTM模块实现单个指令两种脉冲减小震动以获得更高的转速，同时通信构件采用阻塞式设计防止指令丢失。
机械手设计方面，二指机械手采用工业上主流的平行四边形机构，各构件向回转中心靠拢，以使结构紧凑；使用对称设计和可平移底座调节动平衡。夹持机构使用四头丝杠步进电机拖动，使手指动作迅速准确，夹持稳定性好；同时利用步进电机上电自锁特性，使可靠性进一步增强。
本机所有功能均由嵌入式设备实现，摆脱了对PC机的依赖，使得机器人更轻巧、经济、灵活。受嵌入式设备性能影响，解单个魔方需用时20～45s。
图158 双手臂二指魔方机器人
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