基于树莓派RP2040单片机设计的三阶魔方还原机器人

发布时间:2024-01-12  

三阶魔方还原

- 开源分享-

这是一款基于RP2040设计的三阶魔方还原机器人,控制和魔方求解都使用单片机完成。对于随机打乱的三阶魔方,平均还原步骤数在21步左右。

当前V2.0版本,可实现7秒还原三阶魔方。

全部现已开源,含原理图和、单片机源码()、结构图(openSCAD格式/STL格式)、主要器件BOM等。

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项目实现原理

本项目无需摄像头,使用两个颜色把所有棱块和角块的颜色扫一遍,降群法寻找22步以内的求解方式,然后按照解出的结果还原。

慢动作来看下:

注意:按照一定规律旋转魔方,使所有的面都经过颜色传感器至少一次。除了棱块和角块,还需要块的颜色,当前项目的结构扫描不到中心块,所以安装魔方时需要固定中心块方向

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项目实现要点

设计——将RP2040单片机的GPIO,任意连接到、颜色传感器、霍尔传感器即可。除了SPI、,其他引脚只用了GPIO,未使用其他复用功能。

注意:霍尔传感器只能5V,RP2040单片机IO是3.3V,需要电平转换设计。FLASH是可选的,如果不使用FLASH,平均还原步骤数在32步左右。

结构设计——使用ABS材料3D打印,喷嘴0.4mm,层高0.2mm,顶层5层、底层5层、外壳4圈、填充20%-40%,生成支撑。

固件编译——推荐使用系统进行开发,可按照RP2040官方文档中的脚本搭建开发环境。相关源码及文件,参见开源资料链接。

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项目成本参考

不算加工成本,单纯物料成本,一台200元左右。

主板上的主要物料:

PCB量少有免费途径,量大了估计一两块钱;三个散热器1.5元左右,晶振0.3元左右,座0.38元,RP2040单片机3.91元,三片HR4988 6.24元,W25Q16 0.9元,1117 0.3元,CH224K 1.1元,W25N01 5.5元。其他料都很便宜,但是没法只买少量,最后都会剩很多。总成本应该在30元之内。

整机物料:

三个步进电机72元,带磁力魔方20元左右,两个方形锅磁9.4元,4010风扇7元,三个霍尔一两块钱,两个颜色传感器模块27元,一个法兰联轴器2.8元,铝条几块钱(如果能自己加工很便宜,如果没条件定制加工的话可能会非常贵,不如多3D打印几个合算)。ABS耗材280g左右,耗材本身换算下来10元左右,如果没有3D打印机去定制的话0.2元/g左右。其他小件不好算,也不贵。总成本应该在170元之内。

配件:

随便找一个就行,12-20V之间,建议2A以上,玩的基本上都有。如果是支持PD的Type-C充电器,插上也可以直接用。其他的接线时须注意正负。

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最新开源资料

三阶魔方还原机器人项目全部资料开源——结构图、电路板原理图、电路板PCB、程序源代码、整机BOM,装配调试全都有。








审核编辑:刘清

文章来源于:电子工程世界    原文链接
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