Topological Configuration and Rotation Analysis of the Three⁃Order Rubik􀆳s Cube

The mechanism of three⁃order Rubik􀆳s Cube(RC)has the characteristics of recombination and variable degree of freedom,and it is difficult to accurately describe the degree of its freedom.This paper takes RC as the research object,and the adjacency matrix is constructed based on topology and graph theory in order to describe the variation rule of topological configuration in the single layer rotation of RC.In this paper,the degree of freedom of the RC in any shape can be described by defining the concept of entanglement degree of freedom,establishing a set of adjacency matrix,and determining the degree of freedom of the RC which is attributed to the number of non⁃zero elements in the set of adjacent matrix.The prime number is proposed to describe the rotation of the RC combined with the rotation recognition of RC,which is simple and convenient for computer processing.The research contents in this paper are beneficial to the study of RC from the perspective of mechanism science.Meanwhile,it is of great significance to the study of other complex mechanisms with variable degrees of freedom.

基于STC8的双臂魔方机器人设计

解魔方机器人是智能化机器人的一个全方面体现,对其算法和结构的研究也是机器人研究的重要内容。在综合运用图像处理、单片机和自动控制等技术的基础上,设计了基于STC8双臂魔方机器人系统。该系统使用机器视觉模块OpenMV,识别形状和颜色,确定魔方状态;用Kociemba算法得到解魔方步骤;控制机械臂快速还原魔方。机械臂部分由指关节的舵机和腕关节的电机组成,且基于PID控制。通过STC8主控使得对下位机的控制更加简洁高效,解魔方的平均时间可降低至1 min以内。

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。

基于Open CV的智能魔方机器人设计

运用Python语言在Open CV上完成魔方色块图像采集与处理算法设计,利用ROI掩模处理将色块最佳区域的像素坐标值进行采集计算,减小边缘杂色的影响,提升了色彩坐标的真实性与稳定性;图像滤波采用7×7的滤波核进行中值滤波,降低了图像噪声点和环境光线亮度对识别的影响,更便于机器视觉的识别与处理。在聚类算法编写上,通过采集色块数据分析,利用改进后的加权欧氏距离算法对魔方色块进行聚类,通过计算每个色块与6面中心色块二维HS坐标的欧氏距离来分类,与传统三维距离分类算法相比,距离分散,更易于聚类。本算法适用于识别任意颜色的魔方,并保证极高的色块识别与聚类准确度。

基于机器视觉Open MV的魔方机器人研究

魔方机器人因其具有足够的趣味性与互动性,同时融合了机器视觉技术与传统的机器人控制技术,在此基础上改进了魔方图像的预处理方式,采用较大的滤波核进行滤波,使得魔方色块图像更易于机器识别与处理。运用LAB色彩空间进行计算分类,将欧氏距离算法应用于LAB坐标系进行聚类,大大提高了聚类的准确性,同时突破固定魔方颜色的限制,该算法使得魔方机器人可以准确快速地还原任意颜色的三阶魔方,具有一定意义。

基于STM32的魔方机器人设计

在充分考虑魔方机器人功能和性能的基础上,设计了以STM32为核心处理器的魔方机器人系统,其控制系统部分包括STM32最小系统、图像采集电路、步进电机驱动电路、人机接口电路等模块电路组成。魔方机器人控制系统通过OpenMV采集魔方色块图像信息,并利用CFOP算法获得解魔方步骤,进而控制步进电机复原魔方。经过测试,设计的魔方机器人具有结构简单、图像识别准确性高、复原快速、准确等优点。

基于STM32的智能魔方还原机器人设计

设计一种高速、高成功率、可交互的魔方还原机器人,该魔方还原机器人以STM32f103处理器为平台,通过机械系统、控制系统、通讯和图像识别系统以及执行机构实现魔方的还原功能。绘制了魔方还原过程的整体逻辑流程,根据控制系统要求设计了上下位机通讯接口与协议。优化了机械臂驱动电机的加减速运行曲线,在保证运行稳定性的前提下尽可能提高速度。通过颜色空间的坐标变换算法和自适应补光功能算法实现了视觉系统设计。通过最后软硬件安装运行调试,结果显示本魔方还原机器人明显优于其他结构和传统算法魔方还原机器人。

魔方状微纳结构BaTiO_(3)的制备及其压电催化性能

在简单溶剂热条件下,通过控制钡、钛物质的量之比制备了魔方状微纳结构BaTiO_(3)粉体,并以5 mg·L^(-1)罗丹明B(RhB)溶液为降解对象测试其压电催化性能。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱对所制备粉体的物化性质进行详细表征,并测试其压电、光催化活性及循环稳定性。结果表明,钡、钛物质的量之比为1∶1时,合成的粉体为由立方体组装而成的魔方状四方相结构的BaTiO_(3)。在40 kHz、360 W的超声条件下,180 min内的降解率达90%,5次循环后的降解率为79.7%,变化率为11.4%,优于其光催化性能,具备优异的压电催化活性及循环稳定性。

基于三维魔方的芜湖市域主体功能区划研究

按照一定的分区原则,运用适当分区技术路径,合理选择主体功能区划指标体系,综合运用层次分析法和熵值法确定指标权重,从资源生态保护度、社会经济发展强度、发展潜力3个方面分别进行指标评价,将评价单元划分不同等级.在此基础上,采用三维魔方法,构建魔方单元与主体功能区对应关系,将市域划分为优化开发区域、重点开发区域、适度开发区域、限制开发区域,定性确定禁止开发区域,分区评价及提出相应发展策略.

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。

LEGO机器人魔方还原基本方法与过程

LEGO机器人魔方还原问题是一个持续受关注的问题,但其工作基本原理和解决方法仍不能被广泛理解.本文以层先法为例说明了魔方还原基本方法,结合leJOS编程软件解析了LEGO机器人还原魔方中的扫描魔方、识别色彩,魔方求解运算、机械实施还原的主要过程.

基于机器视觉的智能魔方机器人研究综述

魔方机器人是一种能将任意打乱的魔方自动复原的机器人系统。作为智能机器人的一种,魔方机器人涉及机器人学、计算科学和机器视觉等多门学科。文中对当前魔方机器人的研究现状进行回顾和分析,将其划分为3个基本的功能模块,即魔方状态识别模块、复原步骤求解模块和复原动作执行模块,并从这3个方面对各种魔方机器人进行具体分析与综述;最后对魔方机器人的研究发展进行了展望。

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。

基于四臂协调控制的魔方还原系统设计与实现

为了解决舵机本身旋转角度的限制、滑轨机械自由度的限制,以及在四机械臂的机械限制下能够协调控制旋转魔方6个平面的问题,针对魔方结构建立易于控制的位置状态模型,通过切换魔方位置状态控制其所有平面。建立舵机及机械臂的状态模型,进而针对建立的模型设计四机械臂协调控制算法,有序执行魔方的各个旋转操作。通过设计控制电路、舞台演示模块、滑轨机械臂、U型机械手等模块完成系统硬件搭建,并根据四机械臂协调控制算法设计了完整的控制程序。结果表明,系统通过四机械臂协调控制算法能够在现有机械结构的限制下流畅地将一个任意打乱、任意放置的魔方还原,实现教学演示与科普展示的推广使用。系统中的颜色识别和机械手的协同控制部分为其他分拣装配提供了新的思路,对无人自动展示装置等设计也具有一定的参考价值。

两臂二指智能魔方机器人执行控制系统设计

设计一个两臂二指智能魔方机器人控制系统,对魔方的基本复原指令组合进行优化。构建魔方复原的新指令组合,使得智能魔方机器人的执行速度和稳定性达到较稳定的平衡。采用5段S形加减速曲线算法控制闭环步进电机,实现闭环步进电机的连续速度调节。实验结果表明:通过优化魔方复原基础指令组合,减少了魔方机器人执行步数。新指令组合平均优化率达到25%,整体魔方复原平均用时13.644 s。

魔方还原机器人的结构分析

机器人的应用,由开始应用在工业上一些比较危险的工作,到现在应用领域逐渐生活化,而基于LAP 15W8K61S4的魔方还原机器人能够在短短几秒内完成魔方的复原工作,更高效快速地解决还原问题。在研究魔方还原机器人的基础下,通过改进魔方机器人的机械结构,设计了一款占地面积小、响应速度快、操作系统稳定的魔方机器人。该改进使机器人成本降低、普及性广,同时也可以引用在其他领域,适用性强。

基于Kociemba算法的双臂解魔方机器人还原算法研究

相比于现有六轴和翻滚式魔方机器人,提出更为前沿的双臂式解魔方机器人。双臂解魔方机器人包括还原算法及视觉系统和机械结构与运动控制系统。其针对还原算法和视觉系统,基于Kociemba算法结合OpenCV获取魔方相关的图像信息实现一种新的解魔方的方式,同时减少还原魔方的时间。提炼出所需的魔方颜色信息,使得识别更有效率。采用双气动手爪,严格处于统一平面且保持相互之间成90°,并满足强度和刚度需求,这决定了还原魔方的速度和机械结构的合理性,相比于六轴电机结构的魔方机器人具有结构上的特殊性,需要对算法输出结果作出转换和改变。经过实验证明,该机器人可以达到还原成功率为97%。

一种双臂魔方还原机器人机构设计

针对机器人仿人还原魔方智能化,提出了一种双臂二指型还原魔方的机器人机构设计方案。设计中包含机械臂结构、气动手爪、识别结构、框架结构等部分。手爪利用气缸与步进电机作为夹持与旋转的动力源,优化了魔方还原机器人尺寸、机械响应速度,同时降低了制造成本。结构搭建采用铝材框架式,减轻了整体重量,加强机器人结构强度,降低机械振动,提高还原动作准确度。

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。

魔方中的科学

魔方被列为20世纪最有影响的100项发明之一,魔方不仅仅是一个玩具,魔方可以作为晶体学、群论、晶体电子衍射、夸克、混沌和基因等多种科学领域的模型.