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

积木部分
- ev3 分支选择乐高 EV3 套装，拼搭说明见 How to build MindCub3r for LEGO MINDSTORMS EV3
- spike 分支选择乐高 Spike 套装，拼搭说明见 How to build PrimeCuber for LEGO Education SPIKE Prime
程序部分参考 MindCuber 源码
主控 Arduino Mega2650
传感器控制板 Bricktronics Megashield
颜色传感器 TCS34725
乐高马达或国产兼容马达
超声波传感器使用 HCSR04
ADKeyboard

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

ev3 分支使用 EV3 套装，拼搭说明见 How to build MindCub3r for LEGO MINDSTORMS EV3
spike 分支选择乐高 Spike 套装，拼搭说明见 How to build PrimeCuber for LEGO Education SPIKE Prime

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

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.