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作品名称：解魔方机器人
学校名称：衢州学院
参赛队伍：云深不知处
队伍编号：214276
参赛学生：许子彤徐韵涵赵艺果
指导老师：王涛
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

一、开发背景

为解决传统魔方还原方案中图像采集效率低、颜色识别准确率不稳定、机械动作精度不足且耗时较长的问题，同时满足娱乐展示与工业自动化技术参考场景的需求，我们结合技术视频与工程经验，以优化魔方还原的整体结构和速度为核心目标设计本设备。研发中针对步进电机高转速下力矩下降、易丢步的缺陷，将其替换为恒力矩输出的伺服电机，同时优化图像算法，进一步提升运行效率。

二、结构说明

设备为二指双臂型，两手臂各含两个自由度：伺服电机驱动的手腕转动、开合气缸驱动的手指开合；框架以铝和钢为主，连接处用铸铁电机座，搭配气滑环防缠绕。核心配置包括4个工业摄像头（采魔方正/后/上/下角度图像）、STM32F103C8T6控制芯片、伺服电机（实现整周旋转与90度精确定位）及MHF2-16D1滑台气缸（控机械爪张合，速快、耗能少）。

三、核心功能

1.图像采集处理：4个摄像头单次采图400ms，二次扫描200ms，结合OpenCV、均值滤波（优化图像）与k-means聚类（分割色块），并按光照切换RGB/HSV模型 —— 普通光用RGB减耗时，强光用HSV提准确率。

2.解法生成：经CubeExplore5.00与二阶段算法得 “拧动序列”，再通过贪心、耗时优化的深度优先算法，按转动优先级转 “动作序列”，确保耗时最优。

3.上下位机控制：上位机整合采图、识别、算法与通信，可设还原时间；下位机用UART协议接收指令，控机械爪与电磁阀完成还原。

四、使用说明

1.准备：装魔方至指定位置，启动上位机，搜索并启动与STM32连接的串口。

2.操作：设还原时间与转速，点“图像采集”，再点“开始”执行还原；可手动控“开抓/闭抓”，“复位”回初始状态，“记录”存数据。