探索FirstCube魔方机器人的魅力

获奖等级：三等奖

设计者：李宁，李君，蓝如

指导教师：王尧，王月

北华大学机械工程学院，吉林，132021

本项目设计的First Cube魔方机器人（图115）采用空间正交布局双机械臂及机械手方案。双机械臂在空间平面内成90°布置，一臂与水平面垂直，另一臂与水平面平行，机械臂旋转的动力来自直流伺服电机，可以对旋转的角度进行精确控制，保证魔方在还原过程中不会出现旋转面无法对齐的情况。因此，本方案在保证魔方还原便捷的前提下，实现了机器人空间布局的合理性与美观性。二指机械手同轴安装在机械臂上，机械手结构基于简单且高可靠性的平行四杆机构。手指的开、合由舵机控制。手指之间用齿轮啮合传动，单舵机即可同步控制两个手指，同时保证了开、合的宽度和精度。其前端为抓取魔方而采用夹钳结构设计，可以使魔方夹持更紧，使物品不易掉落。手指前端内侧有橡胶垫，用以增大与魔方间的摩擦力，确保了魔方平稳地换面和旋转。(www.xing528.com)

魔方还原算法是本方案的另一项关键技术。机械手夹持魔方后，机械臂旋转魔方，OV2640摄像头采集六个面的颜色信息，上传至上位机运算，上位机通过魔方算法进行快速解算，将解算步骤经串口发送到STM32单片机中，单片机控制舵机机械手和直流伺服电机进行魔方还原。在接收到魔方解算步骤后，检测两只机械手所持面，自动选择最优步骤对魔方进行还原。

经测试本项目设计的魔方机器人具有良好的稳定性，还原魔方流程平稳精确，能够在40～50s内还原魔方。

图115　First Cube魔方机器人