基于LEGO平臺的智能解魔方機器人系統(tǒng)研究與實現(xiàn).pdf

1、科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，是人類文明進步的基石?？萍嫉倪M步推動著人類社會的發(fā)展?？v觀人類歷史，對科學思想和科技成果的廣泛傳播和普及，都積極地推動了人類社會的進步。科學技術(shù)普及對提高國民的科技素質(zhì)，增強公眾對現(xiàn)代科學技術(shù)的理解、掌握和運用能力，把科學思想、科學理念植入民族精神，推動科技事業(yè)發(fā)展有著重要作用。
　　本文所設計基于LEGO平臺的智能解魔方機器人系統(tǒng)主要用于科普展示，采用人機交互的方式向人們闡述系統(tǒng)所涉及到的技術(shù)原理，展示機器

2、人的強大功能以及解魔方的方法。本系統(tǒng)涉及到的主要技術(shù)有:圖像處理技術(shù)、藍牙通信技術(shù)、機器人控制技術(shù)等。本文針對智能解魔方機器人系統(tǒng)進行了功能性需求分析，同時對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性等非功能性需求做了充分的分析，從軟、硬件兩方面對系統(tǒng)進行了模塊設計，并針對關(guān)鍵技術(shù)提出可行性方案，達到預期設計目標。為提高系統(tǒng)在不同光照條件下對魔方狀態(tài)識別的精確性，本文在圖像處理算法的研究中采用了預先采樣建立HSV顏色庫的算法，提高了系統(tǒng)運行的時效性和準確性。

3、本文對魔方狀態(tài)識別過程進行論述，首先論述三階魔方數(shù)學建模，其次通過魔方圖像采集、圖像預處理、建立顏色特征數(shù)據(jù)、顏色識別和狀態(tài)轉(zhuǎn)換等幾個過程完成對魔方初始狀態(tài)的識別。本文對手解魔方的CFOP、角先法、TM算法進行了學習與分析之后，將算法轉(zhuǎn)化為計算機可理解的程序語言，同時根據(jù)機器人解魔方的特點以及性能要求，對CFOP、角先法、TM算法等解魔方算法進行改進，將CFOP的4個階段分為7個步驟，去掉了角先法中的x、y、z旋轉(zhuǎn)，為TM算法增加了狀態(tài)

4、轉(zhuǎn)化，隨后通過對實驗數(shù)據(jù)的對比和分析，得出TM算法相對CFOP算法和角先法的復原步數(shù)少、轉(zhuǎn)化容易，相對適用于本文研究的系統(tǒng)。針對本文系統(tǒng)特點及性能需求，充分研究了LEOG機器人的底層控制機制及藍牙通信機制，有效的提高了機器人運行的效率。重點研究了基于LEGO平臺的魔方機器人結(jié)構(gòu)改進和解魔方機器人控制系統(tǒng)，在本文的最后詳細論述了魔方機器人展示系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。
　　基于上述系統(tǒng)分析設計以及關(guān)鍵技術(shù)的研究，最終設計并實現(xiàn)了“基于LEGO