1 规划概述
1.1 规划意图
机器人的呈现和开展是计算机技能进步和自动化研讨 不断深入的成果。工业机器人的发生进步了人类社会生产 力，极大地改变了工业生产和人类日子样貌。但现有机器人 一般体系较为杂乱，而且本钱贵重。
本项目中咱们规划了一套依据Linux 操作体系的FPGA- HPS数据交互联合求解魔方的智能魔方破解渠道。项目在 FPG A部分使用CCD摄像头辨认获取魔方54个小色块的颜 色，经过lw_AXI_FPGA-to-HPS Bridge送到HPS部分，HPS收 到一切54个色块的色彩之后，使用咱们独立规划的魔方求 解算法进行求解得到复原该魔方的过程，再经过lw_HPS-to- FPGA Bridge送到FPGA部分，从而操控舵机来操作破解渠道 上机械手臂旋转弹性，复原魔方。本体系的首要研讨成果包 括：依据Verilog言语的色彩辨认算法、多功用VGA显现、独 立自主规划的魔方求解算法、安稳灵敏的机械结构。
1.2 适用范围
现在，市场上的机器人都是依照固定的过程完结相应 的功用，当外界环境呈现变化时，机器人就无法完结该功用 了，针对该问题，本著作运用FPGA视频处理技能，对周围 环境进行实时监控，然后再进行相应的操作，大大进步了工
图1 体系什物图
图2 图画收集和辨认功用
图3 数码管显现作用图
作功率，凸显了机器人像人相同的才智、灵动。 在实时监控的一起，咱们的著作也具有很高的观赏性。魔方自身就具 有很强的吸引力，再加上这个具有人功用的机械外观，必定 显得独具匠心。
1.3 本规划选用SoC器材的优势
(1)在DE1-SoC开发板上搭载带有图形界面的Ubuntu系 统，能有效地进步CPU的使用率，简化杂乱体系的开发问 度。
(2)DE1-SoC嵌入了ARM-9双核处理器，运算速率高，
适合做算法，能对咱们的求解魔方算法进行快速处理。
(3)在ARM上能够开发使用程序来作为操控台， Linux平 台有多种图形库可供挑选，让咱们的使用程序愈加漂亮，具 有更高的观赏性。
2 功用描绘
本规划选用DE1- SoC作为开发渠道，成功完结了依据 Linux操作体系的FPGA-HPS数据交互联合求解魔方的智能魔 方破解体系。体系什物图如图1所示。
体系环绕“色彩辨认，魔方求解”完结以下功用
2.1 图画收集和色彩辨认(Verilog言语编写)
在辨认模式下，显现屏将在固定区域呈现9个方框，用 于指定图画收集区域。经过调整魔方 的方位，使魔方某面的9个色块均坐落 方框内。色彩辨认算法对方框内的图 像信息进行实时辨认。辨认成果会在 液晶屏幕右边的魔方平面打开图中呈 现。魔方打开图中的9个色块与实践的
图4 多功用VGA显现 作用图
9个色块共同， 即完结了图画收集和色彩辨认功用,作用如图2。
2.2 破解复原魔方功用
将 C C D 摄 像 头 识 别 到 的 颜 色 数 据，经过DE1- SoC上的LW FPGA-to- HPS Bridge将数据传送给HPS，然后 经过写入在HPS里边的魔方破解算法 得到破解该魔方的算法， 再经过LW HPS-to-FPGA Bridge将破解复原魔方 过程输出，操控PPGA的GPIO，到达 破解魔方的意图。
2.3 数码管显现
体系得到破解魔方的算法后，将破解该魔方所需的总
步数经过数码管显现出来，破译机器人每按算法操作一步， 数码管显现的数值就会减1，直到数码管显现为0时，魔方算 法履行结束。作用如图3。
2.4 多功用VGA显现
在液晶显现屏的右边区域制作出魔方6个面54个格子的 打开图，CCD摄像头辨认好什物魔方的色彩后就会将色彩 制作在打开图的各个方框中，呈现出紊乱魔方的六个面的展 开图。详细完结作用如图4。
图5 机器人硬件建立
图6 DE1-SoC开发板资源使用情况
图7 体系总体规划框图
2.5 机器人硬件的建立
使用两个舵机来完结弹性和旋转，然后使用四个机械 手臂来完结这个机器人体系建立，经过结构来固定这四个机 械手臂，完结机器人安稳灵敏地破解魔方，详细完结作用如 图5。
3 性能参数
3.1 各模块性能参数
(1)DE1-SoC主控板 直流电压：9V 体系频率：CPU作业频率：100MHz (2)CCD摄像头 输入电压：12V TV制式：PAL 作业温度 ： -20℃~70℃(3)MG996R舵机 尺度:40.8*20*38mm 分量:55g 速度:4.8V@0.20sec/60°6.0V@0.19sec/60° 扭矩:4.8V@13kg-cm 6.0V@15kg-cm电压:4.8V-7.2V
( 4 ) D C -D C 电源 输入电压： 9 ~ 1 6 V 输出电压：6.0~7.4V 体积：40mm*30mm*20mm (5)视频接口解码芯片：ADV7123 作业频率：25MHz 显现分辩 率：640*480
(6)魔方
魔方品种:三阶 魔方尺度：52mm
魔方分量：0.1g
(7)SD卡
类型：Sandisk/闪迪 容量：8G
读写速度: UHS-1 文件体系：FAT163.2 开发板使用情况DE1-SoC开发板资源使用情况(如图6所示)。4 规划结构
4.1 体系功用规划
体系总体规划框图如图7所示。
4.1.1 HPS部分
在H P S 部分， 分为四个过程： 操控F P G A 完结色彩识 别->获取魔方色彩->魔方求解->发送求解过程到FPGA舵机操控模块。
第一步，经过lw_AXI_FPGA- to-HPS Bridge操控FPGA部分的色彩 辨认模块和舵机滚动模块，按必定 的次第滚动魔方，对其六个面顺次 进行指定区域的RGB获取。
第二步，六个面一切小色块的RGB获取完结后，HPS对每个小色 块的色彩进行判别，得到精确的颜 色。第三步，依据魔方六个面的色彩，使用咱们独当一面 规划的魔方求解算法得出复原魔方的过程。
第四步，得到过程之后，经过lw_AXI_HPS-to- FPGA Bridge发送给舵机滚动模块。
