2.2.2 软件

　　解魔方机器人的软件主要包括颜色识别部分、魔方状态建模部分、解魔方算法部分和解魔方动作执行部分。

　　颜色识别部分负责识别魔方各个面的颜色。经过图像处理，采集到的图像信息被转换为YCbCr色域。Cb和Cr这2个通道决定了色彩的属性，通过分析它们的值，就可以区分出不同的颜色。区分出颜色后，我们将颜色信息填入一个已经建立的魔方状态容器，当所有信息获取成功后，魔方的状态也就被完整获取。这个过程成功地将模拟的图像信息转换为计算机可以识别的魔方状态属性数字信息。魔方的解法是有规律可循的。魔方由6个面和26个块组成，根据一系列的公式，我们可以在不影响其他块的情况下，置换特定2个块的位置或者旋转单一的魔方方块。我们将这些公式加以总结，储存在一个容器中，再将一系列公式加以串联，就形成了完整的魔方解法。得到魔方解法后，我们将一系列的动作命令通过串口发给PLC，PLC驱动气缸动作，完成对魔方的还原。

图2 解魔方机器人

2.3 环保舞蹈机器人设计

　　在实践中，伺服舵机也被广泛应用于小型机器人，环保舞蹈机器人便采用了这样的技术。环保舞蹈机器人的材质为环保纸，宣扬了绿色环保的理念。环保纸经过设计切割，在机器人关节部位配置伺服舵机驱动，形成了优美的机器人舞蹈动作。

　　2.3.1 硬件

　　通过SolidWorks结构设计，环保纸被激光切割为184个零件，根据装备图组装起来，图3展示了SolidWorks的结构设计组装。舞蹈机器人设计了9个自由度，分别为抬头、低头、左/右胳膊旋转、左/右胳膊抬起、左/右小臂弯曲和机器人整体旋转。

　　根据不同关节位置，可利用下式计算关节上所承受的扭矩：

　　M=m×g×L

　　式中，M为关节扭矩；m为机器人各个部分在它们质点上的质量；g为重力加速度；L为质点到关节轴的力臂。

图3 舞蹈机器人SolidWorks结构组装图

通过这个公式，我们可以大概估算每个关节所承受的扭矩。最终，我们选用了Dynamixel AX-12伺服舵机驱动抬头、低头和左／右小臂弯曲；Dynamixel RX-28伺服舵机驱动左/右胳膊旋转和左/右胳膊抬起；86型步进电机驱动机器人整体旋转。伺服电机和舵机的扭矩性能参数如下：(1)Dynamixel AX-12伺服舵机：12kg·cm(7V)；16.5kg·cm(10v)。(2)Dynamixel RX-28伺服舵机：28.3kg·cm(12v)；37·7kg·cm(16V)。(3)86型步进电机：4116kg·cm。

　　2.3.2 软件

　　舞蹈设计程序是Visual C++2008，如图4所示。程序定义了运动函数驱动机器人动作，函数的参数包括全部9个关节的目标位置和运动速度，通过串口发给每个舞蹈机器人（如果舞蹈机器人不止一个的话），动作到位后，给舞蹈机器人发送下一个动作命令，最后多个动作串联，配合音乐，形成舞蹈。界面的右上方为测试窗口，输入不同舵机的ID编号、绝对相位值和速度，驱动机器人运动。程序的左侧则是为了方便编程加入的函数参数获取界面，设计者只需要输入各个关节期望到达的位置度数信息，点击“Go”按钮，舞蹈机器人就会执行该命令，设计者确认无误，按下“形成复制”按钮，直接将参数导入程序，如此反复，一段舞蹈的设计就完成了。

图4 舞蹈动作设计界面

　　3 结语

　　本文介绍了采用工业机械臂的下棋机器人、采用气动元件和PLC控制的解魔方机器人和利用伺服舵机和步进电机、宣扬环保理念的环保舞蹈机器人的硬件和软件设计过程及功能，希望对广大机器人爱好者有所帮助。