基于STM32的智能魔方还原机器人设计

设计一种高速、高成功率、可交互的魔方还原机器人,该魔方还原机器人以STM32f103处理器为平台,通过机械系统、控制系统、通讯和图像识别系统以及执行机构实现魔方的还原功能。绘制了魔方还原过程的整体逻辑流程,根据控制系统要求设计了上下位机通讯接口与协议。优化了机械臂驱动电机的加减速运行曲线,在保证运行稳定性的前提下尽可能提高速度。通过颜色空间的坐标变换算法和自适应补光功能算法实现了视觉系统设计。通过最后软硬件安装运行调试,结果显示本魔方还原机器人明显优于其他结构和传统算法魔方还原机器人。

嵌入式智能解魔方机器人设计

解魔方机器人以Cortex-A9处理器为核心,通过控制执行机构采集魔方6个面色块信息并识别,运行解算法控制机械臂复原魔方。处理器通过PWM波控制舵机系统来转动魔方面,利用OV5640摄像头采集魔方各面颜色,创新性地采用Lab模型+KNN算法进行魔方面颜色识别。结合Kociemba算法步数与计算时间综合指标进行算法优化,得到解魔方还原指令,最后配合执行机构,快速且准确复原魔方。实验观测,解魔方机器人颜色处理采用Lab模型+KNN算法可以获得近似于100%的准确率,采集并识别魔方6面时间约14 s以内。机器人计算解魔方算法设定21步以内时,运算时间小于0.5 s。最后对10组不同打乱状态魔方进行还原。实验结果表明,基于Cortex-A9嵌入式解魔方机器人在优化颜色识别与魔方还原算法后,可以在65 s内很好地完成任意打乱状态的魔方复原任务。

解魔方竞赛机器人设计

设计了一种面向中国高校智能机器人创意大赛的解魔方机器人,以STM32F103ZET6单片机为控制核心,通过搭载电机驱动器、电控手指气缸、气滑环,构建了解魔方竞赛机器人的控制系统;基于气动控制的工作方式,设计了机器人的机械系统和相应的控制算法。经实物搭建实验,该魔方机器人在还原100次随机打乱的三阶魔方过程中,平均耗时19 s,最长不超过25 s,对于此类竞赛机器人设计具有一定参考价值。

基于四臂协调控制的魔方还原系统设计与实现

为了解决舵机本身旋转角度的限制、滑轨机械自由度的限制,以及在四机械臂的机械限制下能够协调控制旋转魔方6个平面的问题,针对魔方结构建立易于控制的位置状态模型,通过切换魔方位置状态控制其所有平面。建立舵机及机械臂的状态模型,进而针对建立的模型设计四机械臂协调控制算法,有序执行魔方的各个旋转操作。通过设计控制电路、舞台演示模块、滑轨机械臂、U型机械手等模块完成系统硬件搭建,并根据四机械臂协调控制算法设计了完整的控制程序。结果表明,系统通过四机械臂协调控制算法能够在现有机械结构的限制下流畅地将一个任意打乱、任意放置的魔方还原,实现教学演示与科普展示的推广使用。系统中的颜色识别和机械手的协同控制部分为其他分拣装配提供了新的思路,对无人自动展示装置等设计也具有一定的参考价值。

两臂二指智能魔方机器人执行控制系统设计

设计一个两臂二指智能魔方机器人控制系统,对魔方的基本复原指令组合进行优化。构建魔方复原的新指令组合,使得智能魔方机器人的执行速度和稳定性达到较稳定的平衡。采用5段S形加减速曲线算法控制闭环步进电机,实现闭环步进电机的连续速度调节。实验结果表明:通过优化魔方复原基础指令组合,减少了魔方机器人执行步数。新指令组合平均优化率达到25%,整体魔方复原平均用时13.644 s。

魔方还原机器人的结构分析

机器人的应用,由开始应用在工业上一些比较危险的工作,到现在应用领域逐渐生活化,而基于LAP 15W8K61S4的魔方还原机器人能够在短短几秒内完成魔方的复原工作,更高效快速地解决还原问题。在研究魔方还原机器人的基础下,通过改进魔方机器人的机械结构,设计了一款占地面积小、响应速度快、操作系统稳定的魔方机器人。该改进使机器人成本降低、普及性广,同时也可以引用在其他领域,适用性强。

基于Kociemba算法的双臂解魔方机器人还原算法研究

相比于现有六轴和翻滚式魔方机器人,提出更为前沿的双臂式解魔方机器人。双臂解魔方机器人包括还原算法及视觉系统和机械结构与运动控制系统。其针对还原算法和视觉系统,基于Kociemba算法结合OpenCV获取魔方相关的图像信息实现一种新的解魔方的方式,同时减少还原魔方的时间。提炼出所需的魔方颜色信息,使得识别更有效率。采用双气动手爪,严格处于统一平面且保持相互之间成90°,并满足强度和刚度需求,这决定了还原魔方的速度和机械结构的合理性,相比于六轴电机结构的魔方机器人具有结构上的特殊性,需要对算法输出结果作出转换和改变。经过实验证明,该机器人可以达到还原成功率为97%。

一种双臂魔方还原机器人机构设计

针对机器人仿人还原魔方智能化,提出了一种双臂二指型还原魔方的机器人机构设计方案。设计中包含机械臂结构、气动手爪、识别结构、框架结构等部分。手爪利用气缸与步进电机作为夹持与旋转的动力源,优化了魔方还原机器人尺寸、机械响应速度,同时降低了制造成本。结构搭建采用铝材框架式,减轻了整体重量,加强机器人结构强度,降低机械振动,提高还原动作准确度。