解魔方算法的研究和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人技術(shù)越來越廣泛的得到了關(guān)注，并且也更多的應(yīng)用到了日常生活中。與此同時，科普展品的開發(fā)也更加注重智能化和科技化，機(jī)器人技術(shù)也在科普展品中得到了廣泛的應(yīng)用。其中，解魔方機(jī)器人這一展項成為了科普研究的一個熱點(diǎn)。利用智能機(jī)器人來復(fù)原魔方是一個多學(xué)科交叉的應(yīng)用系統(tǒng)，同時具有很大的實(shí)用價值和創(chuàng)新性。
　　本文系統(tǒng)研究解魔方機(jī)器人需要解決的一個核心問題就是要研究魔方復(fù)原的問題。本文對魔方進(jìn)行了一般性的分析，包括魔方

2、的集合結(jié)構(gòu)，魔方的相關(guān)操作和變化的數(shù)學(xué)建模，特別是給出了魔方狀態(tài)的唯一性的表示方法。針對魔方復(fù)原可能遇到的一些問題，研究了魔方復(fù)原的可行性，魔方錯誤狀態(tài)判定原理，并進(jìn)行了魔方復(fù)雜性的論證，證明了魔方是一個有限置換群。在此基礎(chǔ)上，研究了魔方算法的特點(diǎn)和性能，并且對CFOP、角先法、TM算法方進(jìn)行了實(shí)驗和分析，確定了選取TM算法作為機(jī)器人解魔方的算法，選取改進(jìn)的CFOP作為本文的3D虛擬軟件部分的算法。在魔方復(fù)原算法的基礎(chǔ)上，本文提出了同構(gòu)

3、法實(shí)現(xiàn)了任意兩個打亂魔方之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)化算法，使得魔方復(fù)原問題一般化，這是本文的一大創(chuàng)新點(diǎn)。針對本文系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求，對LEGO魔方機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，有效提高了機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性和效率，并且最終實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人復(fù)原魔方的過程。針對科普展品的互動性，本文開發(fā)了3D虛擬魔方軟件功能，設(shè)計了其他相關(guān)的功能，包括魔方的打亂模塊、花式魔方模塊以及用戶交互體驗?zāi)K，實(shí)現(xiàn)虛擬互動。
　　基于上述系統(tǒng)的分析和設(shè)計，本文最終設(shè)計并且實(shí)現(xiàn)了魔方機(jī)