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.

基于三维魔方模型的大运河沿线县域“三生”空间划定方法

三维魔方模型是研判空间要素多功能优势度分区的量化方法,能够直观表征空间功能的最优组合模式,为精准识别大运河沿线县域国土空间功能提供关键技术支撑。以“三生”(生产-生活-生态)空间功能为切入点,建立大运河沿线县域“三生”功能适宜性评价体系;基于三维魔方模型提出“三生”空间范围划定规则,以大运河流域青县段为研究对象,划定“三生”空间范围并提出优化建议。结果表明:基于三维魔方模型建立的单项功能适宜性和多项功能适宜性组合的三生空间划定规则,划定了大运河流域青县的生态、生产、生活空间范围,占比分别为60.46%、33.52%、6.02%。其中生态空间主要分布在大运河两侧,包括550.58 km^(2)的生态功能高适宜和最高适宜空间,是大运河流域良好的生态本底;48.23 km^(2)生活、生产功能中适宜、低适宜和不适宜空间,是大运河流域未来生态修复的重点区域。该研究成果丰富了“三生”空间范围划定的方法与技术手段,为大运河流域国土空间治理和综合利用提供理论基础。

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。

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。

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%。

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。

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。

空间规划视阈下的洱海流域土地利用多功能适宜性研究

[目的]探索建立与国土空间规划体系相适应的国土空间开发适宜性评价理论基础与技术规程。[方法]引入生态位适宜度模型评估土地利用多功能适宜度,运用三维魔方分类方法划定土地利用多功能分区。[结果]洱海流域土地利用多功能适宜性水平差异显著,适宜生态服务、农业生产和城镇发展的土地面积分别占流域国土面积的93.38%、70.17%和69.31%,其中适宜城镇发展用地环洱海集聚分布、适宜农业生产用地在流域中北部连片分布、适宜生态服务用地围绕流域环状分布;将洱海流域国土空间划分为城镇空间、农业空间和生态空间,三大空间占比分别为7.69%、24.33%和67.99%;城镇、农业和生态空间功能分区与现状土地利用结构吻合度高达71.96%,其中城镇空间、农业空间和生态空间吻合度分别为63.84%、59.43%和92.62%。[结论]土地利用多功能适宜性综合评价体系及其土地利用功能分区符合国土空间规划体系建设要求,符合洱海流域实际,能够为国土空间开发适宜性评价提供理论借鉴、为洱海流域国土空间优化提供技术支持。

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.