基于LabVIEW的解魔方机器人设计

针对解魔方机器人,设计了一种基于LabVIEW的解魔方机器人,系统具有自动和手动两种模式,以满足求解魔方、魔方教学的需求。系统上位机基于LabVIEW开发平台,系统下位机主要由STC89C52单片机、ULN2003驱动模块、28BYJ-48步进电机、电源模块等组成。使用手机摄像头对魔方六面进行拍照,利用上位机程序,对上传成功的魔方图片进行三维孪生建模,并求解出正确的魔方还原步骤。通过通信模块将魔方还原步骤数据发送到下位机,控制步进电机执行还原步骤解出魔方。实际应用表明,系统具有结构简单、装配方便、成本低等特点。

新型解魔方机器人系统设计与研究

以单片机和安卓手机为核心部件,设计新型四轴解魔方机器人,以实现打乱魔方的自动还原。机器人下位机采用STM32F407VET6单片机对步进电机和舵机进行控制,实现机械臂的解魔方操作;利用Android手机作为上位机,基于手机摄像头和手机APP软件,完成魔方状态的识别及解魔方算法的计算,并通过HC⁃08蓝牙模块将控制指令传送至下位机。实验结果表明,机器人机械结构合理,硬件电路和软件设计方案正确,具有较高的实用性和有效性。

嵌入式智能解魔方机器人设计

解魔方机器人以Cortex-A9处理器为核心,通过控制执行机构采集魔方6个面色块信息并识别,运行解算法控制机械臂复原魔方。处理器通过PWM波控制舵机系统来转动魔方面,利用OV5640摄像头采集魔方各面颜色,创新性地采用Lab模型+KNN算法进行魔方面颜色识别。结合Kociemba算法步数与计算时间综合指标进行算法优化,得到解魔方还原指令,最后配合执行机构,快速且准确复原魔方。实验观测,解魔方机器人颜色处理采用Lab模型+KNN算法可以获得近似于100%的准确率,采集并识别魔方6面时间约14 s以内。机器人计算解魔方算法设定21步以内时,运算时间小于0.5 s。最后对10组不同打乱状态魔方进行还原。实验结果表明,基于Cortex-A9嵌入式解魔方机器人在优化颜色识别与魔方还原算法后,可以在65 s内很好地完成任意打乱状态的魔方复原任务。

基于嵌入式系统的解魔方机器人设计

设计了一种可以将任意打乱的三阶魔方复原的魔方机器人,该机器人由控制器、4个USB相机和两个机械手组成。其中控制器使用了ARM架构的RK3288开发板,其功能是控制相机对魔方的初始状态进行拍摄,根据拍摄的图片对魔方进行色块识别和求解,然后根据求解的指令驱动机械手动作,复原魔方。机械手有旋转和夹紧两个动作,分别用步进电机和气爪实现。在软件设计上,通过优化Kociemba魔方求解算法和优化从Kociemba算法得到的复原指令,使电机动作时间达到理论上的最短。实验测试结果表明:本文设计的魔方机器人可以在10s以内复原绝大部分三阶魔方,基本达到了预期的目标。

解魔方竞赛机器人设计

设计了一种面向中国高校智能机器人创意大赛的解魔方机器人,以STM32F103ZET6单片机为控制核心,通过搭载电机驱动器、电控手指气缸、气滑环,构建了解魔方竞赛机器人的控制系统;基于气动控制的工作方式,设计了机器人的机械系统和相应的控制算法。经实物搭建实验,该魔方机器人在还原100次随机打乱的三阶魔方过程中,平均耗时19 s,最长不超过25 s,对于此类竞赛机器人设计具有一定参考价值。

基于STM32和Android的解魔方机器人设计与实现

解魔方机器人使用智能手机作为上位机,在执行机构的配合下对魔方六个面进行拍照、颜色识别和二阶段还原算法计算。STM32单片机作为下位机,解析还原指令控制舵机运转。机器人创新性的采用KNN分类算法进行颜色识别,排除了光照强度的影响。解魔方机器人还对二阶段算法进行了面向机器人的优化,并对算法得到的还原指令进行五叉树模型优化,排除了机器人结构的影响。实验结果表明解魔方机器人的颜色识别成功率接近100%,并且能够在70 s以内还原魔方。