一种气压驱动式双臂解魔方机器人

技术领域

本发明涉及一种气压驱动式双臂解魔方机器人，属于智能控制技术领域。

背景技术

解魔方机器人是以机器视觉及图像处理为基础对魔方颜色进行获取、分析，通过模仿人类手臂的机械手按照程序对魔方进行还原的自动装置。

传统的魔方解机器人在使用时，当使用场地的光线不足或魔方反光时容易对魔方的还原过程产生影响，且还原速度慢，控制与实际动作不符，导致了魔方还原的过程变得不方便。

为实现魔方快速、稳定的还原，有必要提供一种气压驱动式双臂解魔方机器人。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种气压驱动式双臂解魔方机器人。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种气压驱动式双臂解魔方机器人，包括机架、开关电源、摄像头、底座、驱动装置、控制系统以及两个机械臂；

所述摄像头用于采集魔方每个面的颜色信息，并将所述颜色信息发送至控制系统；

所述控制系统用于提取魔方每个面的颜色信息，经魔方算法后将魔方的还原步骤以控制信号的形式输出给驱动装置；

所述驱动装置用于驱动两个机械臂；

所述两个机械臂结构相同且反向设置，用于对魔方进行夹紧和/或旋转；

所述开关电源用于控制驱动装置以及两个机械臂的启闭；

所述开关电源、摄像头以及两个机械臂均设置在机架上；

所述机架以及驱动装置均设置在底座上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过机械手指夹紧魔方对魔方的位置进行固定，伺服电机和气动滑环相配合，气动滑环能在保证手指气缸正常供气泄气的前提下，又可以使机械臂360度任意旋转，避免转动魔方时副气管发生扭转的情况，保证了魔方转动时的稳定性。

2、本发明通过设置机壳和补光灯，在摄像头采集魔方颜色时进行灯光补偿，以提高识别精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1除机壳外的结构示意图；

图3是图2的主视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种气压驱动式双臂解魔方机器人，包括机架2、开关电源6、摄像头7、底座17、驱动装置、控制系统以及两个机械臂；

所述摄像头7用于采集魔方每个面的颜色信息，并将所述颜色信息发送至控制系统；摄像头7为罗技C920高清摄像头，具有60fps的高分辨率，可以在短时间内完成对魔方单面颜色的采集；

所述控制系统用于提取魔方每个面的颜色信息，经魔方算法后将魔方的还原步骤以控制信号的形式输出给驱动装置；所述控制系统包括上位机以及下位机；

所述上位机为电脑，采用Python编写，通过数据线与摄像头7数据传输连接，用于提取摄像头7扫描采集后的魔方每个面的颜色信息，并经过魔方算法后将魔方的还原步骤以控制信号的形式输出给下机位；

所述下位机为控制器1，控制器1为ArduinoMega2560控制器，用于接收上位机传来的魔方还原步骤的控制信号，并将控制信号发给驱动装置。

所述驱动装置用于驱动两个机械臂；

所述驱动装置包括储气罐10、电磁阀11、气泵13以及伺服电机驱动器15；

所述储气罐10、气泵13以及伺服电机驱动器15均设置在底座17上，所述电磁阀11设置在机架2上；储气罐10的容量为2L；储气罐10通过气泵13进行充气储气；气泵13为12V气泵；电磁阀11为12V二位五通电磁阀；

储气罐10的出气端与气泵13的进气端通过气管连通设置，所述气泵13的出气端与对应的机械臂通过气管连通设置，且气泵13与对应的机械臂之间均设有电磁阀11；

所述伺服电机驱动器15、电磁阀11以及气泵13均接收控制系统发送的动作信号，伺服电机驱动器15用于控制机械臂旋转动作的启闭；电磁阀11和气泵13用于控制机械臂夹紧动作的启闭；

所述电磁阀11、气泵13以及伺服电机驱动器15均通过开关电源6控制启闭。

所述储气罐10的进气端通过气管与气动三联件12的一端连接，所述气动三联件12的另一端与电磁阀11连接，气动三联件12设置在底座17上，气动三联件12对压缩空气进行过滤，确保机械臂的正常运作。

所述两个机械臂结构相同且反向设置，用于对魔方进行夹紧和/或旋转；

每个所述机械臂均包括气动滑环4、气动手指气缸5、伺服电机14、以及机械手指16；

所述伺服电机14通过伺服电机驱动器15控制启闭，伺服电机14的输出轴通过联轴器与气动滑环4的一端固定连接，所述气动滑环4的另一端通过联轴器与气动手指气缸5的固定端连接，所述气动手指气缸5的活动端通过螺栓设有机械手指16；所述机械手指16用于夹持魔方；

气动滑环4通过气管与气泵13的出气端连通设置，

气动手指气缸5通过mos管与电磁阀11连接，所述电磁阀11通过气管与气泵13的出气端连通设置。

所述伺服电机14的后端设有旋转编码器，旋转编码器提高了旋转角度控制精度，解决了步进电机低转速振动问题，避免了步进电机的丢步问题。

所述开关电源6用于控制驱动装置以及两个机械臂的启闭；开关电源6为12V6.5A开关电源；

所述开关电源6、摄像头7以及两个机械臂均设置在机架2上；

所述机架2与每个气动滑环4的连接处均设有连接架3，连接架3保证了左右两个机械臂的对称性，提高了机器的稳定性。

所述机架2以及驱动装置均设置在底座17上。

所述机器人的外侧罩设有机壳9，所述机壳9的下端与底板17连接。机壳9对整体装置起到聚光、保护与防尘的作用。当设有机壳9时，摄像头7也可固定在机壳9的内底面。

所述机壳9的左右内侧壁对应设有两个补光灯8，补光灯8在摄像头7采集魔方颜色时进行灯光补偿，以提高识别精度。

本发明的工作过程如下：

气动手指气缸将魔方夹紧；

打开补光灯；

通过摄像头扫描魔方可视面的颜色；

完成扫描后，通过机械臂对魔方进行翻转，从而实现魔方初始状态下六个面的扫描；

将魔方六个面的颜色信息上传到控制系统的上位机，上位机根据魔方算法得到完整的魔方还原步骤，并转化为控制信号发送到下位机，下位机将控制信号发送给驱动装置；

驱动装置控制机械臂完成夹紧和/或旋转实现对魔方的还原。

控制系统控制气泵从储气罐中把气体通过气管充到气动手指气缸上，电磁阀的线圈产生的电磁力的作用，电磁阀对气泵产生的气流进行通断，从而控制气动手指气缸的开合动作，从而完成魔方的还原过程。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。