中国高校智能机器人---魔方机器人经验帖

前述：这个项目从寒假放假开始做，在学校里面待了七八天，把机械结构搭好，初始代码有一个雏形，开学之后断断续续的总共做了一个月左右，最后结果比较悲情，结果上传后，很遗憾大佬太多(或是比赛自身公允度也值得怀疑。。。。)，但我们自己做的确实较菜，提交的视频是双臂运行了52S。最后是被淘汰的，无缘进入决赛。但对于个人来说，东西是做出快来了，我已无愧。

地址：https://github.com/shuiyihang/CubeSolve

背景：老师推荐这个比赛的时候，我已经大三了，之前说过，不想再参加任何比赛了，比赛玩几次还行，可以锻炼受压能力，但是一直做，其实对于新东西学习很有时间限制，但是看见有魔方机器人的项目，就决定再做一次吧。原因我觉得有三个，其一：那段时间在学习python，树莓派和opencv，就想做一个实际项目吧。其二：没选择其他的如格斗，擦窗之类的，是觉得必须要有一个严格的“界限”，对于魔方来说，做出来就是做出来，必须要把魔方还原才算做出来，但是擦窗，格斗是没有什么硬性指标的[对于我自己来说，是想检验一下这三年有没有能力真正的完成一件事情]，其三：就是大一时间看见过别人的解魔方视频，当时是颇为震惊的，想自己来试试。

大体结构：

机械结构，采用最简单的双臂形式

控制上面考虑到要图像处理，两种解决方案，一种openmv[需要另行购买模块]，另一种opencv，我那时候刚在咸鱼上收购了一个树莓派3B+，所以没多想选择了opencv，语言就选择使用python[确实事半功倍的效果]

双臂魔方机器人的难点：

这个你一定要重视，上面看完，你觉得：哦，似乎没什么难度哈。但许多东西是你做起来才发现问题的。

1：最大的问题，就是双臂的机械结构，从图上可以看到，我们使用的是标准铝型材，搭了两个45角，自以为巧妙无比，但运行过程中，总会发生手臂碰到魔方的问题，因为使用的是步进电机，只要一碰到魔方，步进电机就会失步，达不到位置，后面就全乱了，魔方夹子在某宝上面购买的，设计的颇为让人费力，后期用电磨不断加工，只为了让舵机张到最大时候，旋转时候夹子不会碰到魔方，但其实这里也有两种方案，一种自己3D打印[看自己工具情况吧]，一种是不需要加工夹子，在夹子上面的滑轨上面加长的硬性塑料[受力不会弯曲，不然夹不住魔方]，或者要是能搞到铁片也好，再把夹子的抓手固定到塑料或铁片上，可以加大舵机最大角度时候抓手之间的距离，确保夹子肯定不会打到魔方。

2：魔方每个面颜色识别处理，没做的时候无非觉得只是，opencv腐蚀，hsv值比较一下就行了，太简单化问题了。。。

实际问题总是要比理论麻烦，摄像头受光照等等影响，我们直接用的树莓派自带的CSI，10几块钱，中午时候采集的图像很清楚，颜色识别也几乎全对，但是总存在不确定性，要知道一个错，就没有解法的。尤其红色和橙色的H值是很接近的，总会造成误判，这里建议大家使用图片中的标准魔方，颜色还是比较正确的，刚开始借舍友的这种魔方，红色和橙色总是傻傻分不清。

其他：剩下的则是一些小问题了，比如抓手必须要贴上一些加大摩擦力的东西，我们使用的是海绵，效果还不错[砂纸也使用过，对魔方不太好]，还有一个特别的问腿，我们结构看起来夹子是绝对在一个面上的，但是转动起来的时候[因为我们不是采用的加薄板方案，所以有这个问题，否则略过即可]，会偏，后来，队友奇想，把一个手臂用手向一边掰弯，竟然好了！！。。。

过程：

说一下过程吧，因为想着要考研[成电等我！！]，在上一年，便把keil之类等等全卸载了，电脑上只留了一个Arduino的编辑器，确实好用方便，寒假留校期间，没有使用树莓派[比较金贵，东西没调好之前怕搞坏了没使用，还有就是没想好怎么使用，电脑远程又没网，不舍得开流量。。。一开始想的是先用C写，完了之后移植到python上，设置为树莓派开机自动启动]，这里介绍一下魔方解决算法kociemba，在GitHub上面开源，需要研究源码或是pip安装的了解下，外人以为魔方是一步一步边走边算的，其实是错的，它根据各面信息在最开始便得到过程，剩下则是电机互相配合把它动作出来的问题了。

在校七八天内，等着买的铝材料回来时候，在写电机根据kociemba得出的结果之后的动作，大致想法是把结果字符串分离成一个个字符，再判断字符情况，根据双手目前颜色情况[颜色就在手中，不需要步进电机旋转]，与目标颜色相差多少度等等。。。

最后等架子搭起来的时候，因为抓手无法夹着魔方[摩擦力不够]，又因为要回家了，就模仿着，单步在Arduino上，根据串口反馈的结果，我自己双手走了一遍，似乎没错误就先这样了

开学来的时候，考虑树莓派用来处理图像，Arduino负责电机动作[因为有完美的servo库和pwm输出，只使用树莓派，要自己配置电机驱动。。。]，但这样就要考虑两个之间通信，IIC或者是串口，IIC只能发送字符，而我想要的是可以发送字符串[ok,yes之类]，后来使用串口，但是两个控制器的串口通信似乎存在不同步问题，这样把指令给Arduino就要费很长时间。所以又放弃这个想法，还是使用单一树莓吧，解决远程[手机或者电脑连接pi],就直接上树莓派了，这里要说一下opencv安装问题，因为树莓派安装cv3的时候需要编译[我在宿舍用了整整一天]，后来不知怎么崩了，无法调用，心血全废了。。。。。所以这里建议大家[务必]使用cv2，只需要pip一下，安装也就40分钟左右，对于颜色识别已是足够，只在某些函数调用上面，cv2与cv3相比可能多一些参数。

使用pi的时候，因为怕python加持，很多问题都简单了，在Arduino上比如结果分离成字符的函数需要自己写，在python上面有现成的，一句话的事情，结果也没有移植当初Arduino上的代码，因为觉得写的麻烦了，这里有一个想法：算法是什么？算法是节约空间和时间的，当没有或者是可靠的算法的时候，放弃空间或许可以换来时间和代码可靠性，想来魔方可能情况不多[左右手颜色组合情况]，于是就做了一个python里面的字典映射，每种情况对应一种动作，虽然空间臃肿了，但是效果不错！

本来想的是进入决赛更新颜色识别偏，加上模型训练或者是换摄像头，遗憾止步了，五一开始，早上困的不行，没有去图书馆，一直想更新下博客，趁这个机会补上，代码等有空补上[发GitHub上吧。。]，树莓派没在身边

视频里最后结果截屏。。。。

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