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乐高魔方机器人

基于开源硬件 Arduino Mega2650 和 MindCuber 打造最便宜、兼容多款魔方、高成功率的乐高魔方机器人。 所有硬件都是某宝可以买到,关键是要价格亲民。

已测试兼容的魔方

  • 大雁孤鸿4代 (稳定且识别率高)
  • 小米智能魔方
  • 奇艺魔方

代码分支

  • ev3 分支基于 Lego EV3 套装,机械部分改动小,适合初级玩家,马达采用 Lego 原装马达
  • spike 分支基于 Lego Spike 套装,但为了测试兼容性,动力部分采用某宝国产兼容 Lego 马达,而且机械部分改动较大,适合有一定动手能力的玩家

方案选择

依赖

安装到 Arduino 的 libraries

使用 Arduino IDE 安装

  • Adafruit_BusIO
  • Adafruit_TCS34725
  • HCSR04
  • LiquidCrystal_I2C

硬件成本

器件 数量 成本 (RMB) 描述
Arduino Mega2650 1 40 -
Bricktronics Megashield 1 15 -
TCS34725 1 6.5 -
Lego Ev3大马达 2 80 -
Lego Ev3中马达 1 70 -
HCSR04超声波传感器 1 15.5 -
ADKeyboard 1 4 -
LCD1602A 1 10 -
18650锂电池 2 10 -
合计 - 341 -

搭建说明

机械部分

底盘马达接 Megashield 的 Motor1 端口 , 翻转马达接 Megashield 的 Motor2 端口 , 扫描马达接 Megashield 的 Motor3 端口

运行

如果使用锂电池供电,需要确保电池电量充足。

  • 上传代码
  • 按下ADKeyboard 的 确认按钮 启动机器人
  • 按下ADKeyboard 的 左右按钮 校准底盘位置,确保垂直于中轴线
  • 放入打乱的魔方,机器人会自动识别并还原

超声波传感器

使用 Megashield 的 Sensor1 端口, 用跳线连接 4 和 5 脚,Echo 接 RJ12 的 6 脚, Trig 接 5 脚, Vcc 接 4 脚, Gnd 接 3 脚, 其余留空

颜色传感器

TCS34725 双孔版本,使用 I2C 连接 Megashield

拼装所需乐高配件:

编号 数量
41678 1
22961 2
18654 2
60483 2
6575 2

改造图示:

LCD1602A

使用 I2C 连接 Megashield

ADKeyboard

使用 Megashield 的 Sensor2 端口, 用跳线连接 3 和 4 脚, Out 接 RJ12 的 6 脚, Vcc 接 4 脚, Gnd 接 3 脚, 其余留空

转盘的改造

为了减小魔方在转盘中的活动空间,使扫描位置更精确,使用 8 个 42610 替换原先的 62462。

改造图示:

参考: https://tengxiao.wang/index.php/archives/38/

触碰传感器的改造

本项目的Spike分支才有用到触碰传感器

BricktronicsButton 只支持 Nxt Touch Sensor, 要想使用 Ev3 Touch Sensor 需要进行改造

首先需要理解两者之间的区别

Nxt Touch Sensor 机械开关连接在引脚 1 和 引脚 2 (GND) 之间,串联一个2.2K 的电阻.

Ev3 Touch Sensor 机械开关连接在引脚 4 (5V) 和 引脚 6 之间 ,串联一个2.2K 的电阻,引脚 1 连接GND, 串联 一个910 ohm 的电阻

可见两者在按下机械开关后,反应是不同的。Nxt Touch Sensor 按下后引脚 1 输出低电平 , 而 Ev3 Touch Sensor 是引脚 6 输出高电平 。

BricktronicsButton 的 input pin 设为了 pullup模式, 即没有外接负载时,为高电平 。当按下机械开关后, 引脚连通GND,使电平发生变化,input pin即变为低电平 。详见 Arduino 的引脚模式设置。

改造方法

  • Ev3 Touch Sensor 的引脚4 由接 5V 改为 GND, 使机械开关按下后,引脚 6 输出为低电平 。其他不变。

只需改连接线即可,将排线的3,4线剪断, 连接Touch Sensor 一端的 4 线连到另一端的3线,注意此时排线只能单向使用。此时 Touch Sensor 一端的3线是断开状态,另一端的4线是断开状态。

  • Bricktronics 上相应的 Sensor 跳线连接 3 和 4 脚

gaizao.png

Ev3 Touch Sensor

参见资料 ev3_hardware_developer_kit.pdf

The touch sensor is a very simple sensor which basically enables building a robot which is able to feel. The sensor consists of a basic mechanical switch which can either be pressed or released. Given the simplicity of the sensor, this sensor is also implemented as a pure analog sensor. The mechanical switch is connected between pin 4, GND with a 2.2 K Ohm resistor in serial and pin 6 within the 6 pole connector. The EV3 P-brick continuously reads the AD-value on pin 6 and through evaluating this value it is able to determined if the touch sensor is activated or not. Pin 1 includes a 910 ohm resistor connected to GND, which is used as the ID for the touch sensor.

ev3-touch-sensor.png

Nxt Touch Sensor

参见资料 lego_nxt_hw_dev_kit.pdf

nxt-btn-sensor

感谢

http://mindcuber.com/

http://cube20.org

http://www.diy-robots.com/?p=9

https://rubiks-cube-solver.com/zh/

https://tomas.rokicki.com/cubecontest/

http://www.pazhong.net/?p=435

https://bbs.cmnxt.com/

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当Arduino遇上乐高 & 乐高魔方机器人

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