[导读]机械结构篇1）结构组成 机械结构包括亚克力底板1安装电路，铝型材机架2支撑两个机械臂和固定摄像头，电机支架3固定电机位置，滑环支架4固定气滑环，魔方调整板6调整魔方内部结构，57闭环步进电机7保证魔方旋转精度，联轴器8传递电机输出轴扭矩到平面轴10。气滑环9旋转并传递气路，平面...
机械结构篇
1）结构组成 机械结构包括亚克力底板1安装电路，铝型材机架2支撑两个机械臂和固定摄像头，电机支架3固定电机位置，滑环支架4固定气滑环，魔方调整板6调整魔方内部结构，57闭环步进电机7保证魔方旋转精度，联轴器8传递电机输出轴扭矩到平面轴10。
气滑环9旋转并传递气路，平面轴10通过型面配合传递扭矩到安装板11，导轨滑台气缸12通过螺栓与手指13连接，铜柱14连接气滑环9旋转部分与连接板11，铜柱15连接连接板11与导轨滑台气缸12，摄像头16采集魔方信息。2) 具体实施方案首先，摄像头16采集魔方信息，然后，下位机获取魔方转动指令控制电机7转动，联轴器8将电机输出轴扭矩传递到平面轴10，平面轴10与连接板11通过型面连接将扭矩传递到连接板11，铜柱15连接连接板11与滑台气缸12，连接板11将扭矩传递到滑台气缸12。
下位机获取手指闭合指令，为了避免手指在旋转过程中气路出现打结的情况，采用气滑环将气从滑环固定部分传递到滑环旋转部分，再传到旋转气缸手指机构控制手指做开合动作。上位机部分
1）颜色识别
颜色识别效果图四个USB工业摄像头，一次性采集魔方六个面的颜色。基于Opencv下的用SVM图像分类直接训练分类器识别。首先是SVM分类器的训练：在不同光照情况，不同位置采集到每个颜色大概100张10*10的小矩形图片；人工把颜色分类好，打上标记，送入分类器分类；训练得到分类器；之后每一次识别调用分类器识别即可。
2）解算
| 动作 | 用时（ms） |
| 气缸闭合 | 125 |
| 空转90⁰ | 53 |
| 拧动90⁰ | 54 |
| 拧动180⁰ | 90 |
| 带动90⁰ | 111 |
| 带动180⁰ | 195 |
采用二阶段算法对魔方进行解算，获得六个面都可以转动的求解步骤。然后将六个面的求解步骤转化到两只手还原魔方的机械步骤当中。因为不同步骤时间相差较大，步骤最小不一定时间最短，所以转换算法采用的是时间最短的深度优先搜索算法。
3）UI
上位机界面图在指定区域识别魔方颜色，并且可以通过鼠标修改识别颜色的区域。
可以在线采集颜色数据，点击get_photo1会弹出摄像头中的图片，通过鼠标点击即可采集到10*10的小矩形图片，训练SVM分类器。
下位机部分
1）下位机方案示意图2）整体系统运行流程图上图描述了该魔方机器人在开始运行后所要经历的过程，分为三部分，第一部分为上位机采集数据，解魔方数据发给下位机。
第二部分为下位机接收解魔方步骤，控制电机和气缸。第三部分，气缸和电机开始运行，解魔方开始。3）硬件结构
硬件结构分为单片机开发板，电机，气缸。单片机使用的是STM32F103RCT6，对于魔方机器人的控制需求来说是完全能够驾驭的。
电机使用的闭环57步进电机，力矩足够大，速度足够快，能够满足结构上所需要的力矩要求，并且电机是闭环控制的，它的精度足够高，产生的误差会很小。气缸使用的是导轨滑台手指气缸，夹持力19N，符合夹持需求。
4）控制算法及其结构优化在实际的电机和气缸控制中，由于物理方面的因素，需要一些优化的方法。电机的转动根据俩个气缸是否夹持可以分为空转，拧动，带动三个不同的电机转动状态。
其中空转和拧动状态受到干扰的影响较小，但是带动状态由于魔方本身的松紧程度，在魔方转动时由于电机的加速度过快，魔方会产生滑动，主要的优化办法是减小电机的加速度，在电机加速中采用曲线加减速,能够有效减少加速度，让电机能够更平缓的转动，减少魔方的滑动。视频效果-END-
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