基于二阶段双向搜索的解魔方机器人系统

计算机与现代化 2019年第2期

JISUANJI YU XIANDAIHUA

总第282期

文章编号：1006-2475（2019）02-0082-06

收稿日期：2018-07-09；修回日期：2018-07-21

作者简介：张金龙（1994-），男，广东电白人，本科生，研究方向：嵌入式开发，电子通信，E -mail ：1183176910＠qq .com ；邹裕龙

（1996-），男，广东梅州人，本科生，研究方向：嵌入式开发，软件测试，E -mail ：760672763＠qq .com ；杨斌（1983-），男，湖南益

阳人，讲师，硕士，研究方向：电路分析，信号分析，E -mail ：yangbin ＠nuit .edu .cn ；姚灿杰（1996-），男，广东汕头人，本科生，研

究方向：算法，图像处理，E -mail ：774363697＠qq .com ；郑耀宗（1997-），男，广东汕头人，本科生，研究方向：大数据，E -mail ：

1371119403＠qq .com 。

基于二阶段双向搜索的解魔方机器人系统

张金龙，邹裕龙，杨 斌，姚灿杰，郑耀宗

（广东东软学院计算机科学与技术系，广东佛山528225）

摘要：近几年来，解魔方的机器人层出不穷，就目前的解魔方机器人，都存在不稳定、成本高、体积庞大等缺陷，本文对此研发一种新型的符合大众的解魔方机器人。魔方机器人的设计运用到的知识比较广，包含机械设计、系统控制、视觉检测、算法等。能将任意打乱的三阶魔方以最短的时间还原，整体设计结构由摄像头、二指机械臂等组成；摄像头获取图像传输给上位机处理，由STM 32F 103C 8T 6最小系统控制机械臂手指的转动。在满足低成本的情况下，实现比人计算更快，更精准地还原魔方。

关键词：控制；视觉检测；上位机；二指机械臂

中图分类号：TP 391.4 文献标识码：A doi ：10.3969／j .issn .1006-2475.2019.02.014

Solving Cube Robot System Based on Two -stage Bidirectional Search

ZHANG Jin -long ，ZOU Yu -long ，YANG Bin ，YAO Can -jie ，ZHENG Yao -zong

（Department of Computer Science and Technology ，Neusoft Institute Guangdong ，Foshan 528225，China ）

Abstract ：In recent years ，the robots of the Rubik 's cube have emerged in an endless stream .The current Rubik 's cube robots have defects such as instability ，high cost and large size .For this ，a new type of Rubik 's cube robot is developed .Rubik 's cube design uses a wide range of knowledge ，including mechanical design ，system control ，visual inspection ，algorithms and so on .In order to make it completely intelligent ，the third -order cube is arbitrarily restored in the shortest time .The overall design structure

consists of a camera and a two -finger robot .The camera captures the image and transmits it to the host computer .The

STM 32F 103C 8T 6minimum system controls the rotation of the robot arm fingers .In the case of low cost ，the Rubik 's cube is re -stored faster and more accurately than human calculations .Key words ：control ；visual inspection ；upper computer ；two -finger manipulator

0 引 言

魔方自发明以来，便一直受广大玩家喜爱。随着科技的发展，魔方也成了许多技术人员的研究对象；近年来也出现了五花八门的解魔方机器人，吸引了很多魔方爱好者的目光。但以目前的市场来看，解魔方机器人普遍存在2大类问题。1）硬件结构设计不合理。市场上的机器人从机械结构上分为2类：①采用工业用的气缸机械爪作为机器人的机械手，这种机械爪制作成本普遍比较高，且体积过大，相当笨重，大材小用；②单舵机直推式机械爪，这种机械爪力度小，响应慢。2）图像识别算法抗干扰能力不优，受外界环

境影响比较大，对于一般玩家来说运行起来不够稳定，效果不太理想。针对以上2大类问题，一番研究后，本文对以下部分作了调整：在硬件结构上，提供了一种双舵机二指的魔方机械爪，不仅结构简单、夹持力度适中、响应快，而且价格便宜；在软件优化上，对图像的处理进行了多次的滤波、提取，使其对光照的干扰能力有了极大提升。

1 魔方机器人的总设计方案

本系统是由单片机STM 32F 103C 8T 6［1］

最小系统

作为主控制器的自由度为0的二指魔方机器人［2-3］

，结合摄像头识别魔方的位置，获取图像进行分析，单

万方数据