双臂解魔方机器人的算法实现
发布时间：2021-06-17 00:29
解魔方机器人是一个融合了机器人视觉、图像处理技术、机器人控制技术和魔方还原算法等多学科知识的机电一体化平台。解魔方机器人因其具有较强的趣味性、交互性和挑战性,近年来已成为人工智能的研究热点之一。本文设计了一款可以将任意打乱的三阶魔方还原的双臂解魔方机器人,并制作了样机。该机器人使用红米note1手机作为主控制器运行安卓系统,以STM32单片机作为辅助控制器控制舵机的运行,两者之间通过蓝牙实现数据通信。不同于以往解魔方机器人基于RGB颜色空间进行颜色识别的方式,本文在颜色识别中引入KNN分类算法,消除了光照强度对颜色识别的影响,其颜色识别率接近100%;采用目前世界上还原步数最少的算法——二阶段算法,将任何状态下的三阶魔方还原步数控制在21步以内,比其他还原算法更具优势;为了解决二阶段算法求解时间过长的问题,本文采用了“限时取解”的方法对算法进行了优化;对于算法得到的还原指令,解魔方机器人采用五叉树模型进行优化,平均优化比例达到了31.7%,其优化效果较为显著;解魔方机器人采用舵机作为驱动部件,将数控系统中的脉冲增量插补的思想运用到舵机的速度控制上,解决了机器人结构干涉的问题,实现了舵机...
【文章来源】：河北工程大学河北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
019年三种机器人市场比例Fig.1-1Proportionofthreerobotmarketsin2019
河北工程大学硕士学位论文4模组制造了解魔方机器人CubeStormer，它以惊人的5.35秒打破了Ruby的记录，如图1-2（c）所示。在随后的的几年里CubeStormer2，CubeStormer3相继问世，魔方还原的时间被缩小到了3.253s[13]，由于乐高MindstormsNXT编程简单，结构可重构的特点，乐高系列解魔方机器人影响最大，流传范围最广。目前解魔方机器人还原魔方最短记录是由麻省理工学生卡茨和迪卡洛在2018年创下的，仅用了0.38s[14]，如图1-2（d）所示。图1-2解魔方机器人Fig.1-2Rubik"scuberobot1.2.2国内研究现状1.机器人研究现状国内开始研究机器人相对较晚，但是发展迅速，国内机器人市场潜力巨大，服务与工业领域具有很大的成长空间。2019年国内机器人市场占有比例如图1-3所示，国内机器人市场规模达到86.8亿美元，其中服务机器人约为22亿美元，工业机器人约为57.3亿美元，特种机器人约为7.5亿美元[15]。图1-32019年国内机器人市场结构Fig.1-3Structureofdomesticrobotmarketin2019随着我国对教育和医疗需求的持续强劲增长以及人口老龄化趋势的加快，国
河北工程大学硕士学位论文4模组制造了解魔方机器人CubeStormer，它以惊人的5.35秒打破了Ruby的记录，如图1-2（c）所示。在随后的的几年里CubeStormer2，CubeStormer3相继问世，魔方还原的时间被缩小到了3.253s[13]，由于乐高MindstormsNXT编程简单，结构可重构的特点，乐高系列解魔方机器人影响最大，流传范围最广。目前解魔方机器人还原魔方最短记录是由麻省理工学生卡茨和迪卡洛在2018年创下的，仅用了0.38s[14]，如图1-2（d）所示。图1-2解魔方机器人Fig.1-2Rubik"scuberobot1.2.2国内研究现状1.机器人研究现状国内开始研究机器人相对较晚，但是发展迅速，国内机器人市场潜力巨大，服务与工业领域具有很大的成长空间。2019年国内机器人市场占有比例如图1-3所示，国内机器人市场规模达到86.8亿美元，其中服务机器人约为22亿美元，工业机器人约为57.3亿美元，特种机器人约为7.5亿美元[15]。图1-32019年国内机器人市场结构Fig.1-3Structureofdomesticrobotmarketin2019随着我国对教育和医疗需求的持续强劲增长以及人口老龄化趋势的加快，国
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈计算机视觉技术进展及其新兴应用[J]. 余京蕾. 北京联合大学学报. 2020(01)
[2]浅析步进电机、伺服电机和舵机的区别[J]. 程院莲. 轻工科技. 2020(01)
[3]OPENCV视觉下闪电解魔方机器人的设计研究[J]. 崔文程. 南方农机. 2019(24)
[4]基于嵌入式系统的舵机控制研究[J]. 王雪. 数字技术与应用. 2019(11)
[5]基于肤色模型与颜色空间的目标识别算法[J]. 张杜娟. 国外电子测量技术. 2019(10)
[6]基于DFS的二指双臂魔方机器人[J]. 崔俊文,刘自红,邓明洋,乐玉. 电脑知识与技术. 2019(24)
[7]基于四臂协调控制的魔方还原系统设计与实现[J]. 郝崇清,过仕安,焦敏,马海港,于清超,赵宇洋. 河北工业科技. 2019(04)
[8]基于计算机视觉的交通流实时监控综述[J]. 陈华,孙宇晨. 微型电脑应用. 2019(05)
[9]基于STM32双臂魔方机器人的设计[J]. 高达. 电子产品世界. 2018(11)
[10]基于Android平台的车载蓝牙电话免提系统的研究[J]. 林嘉涛,陈飞龙,张璘,许英朝. 电子测量技术. 2018(10)
硕士论文
[1]嵌入式运动控制器若干关键技术的研究与实现[D]. 东梁.华南理工大学 2015
[2]基于LEGO平台的智能解魔方机器人系统研究与实现[D]. 李海龙.东北大学 2015
[3]基于中值滤波和小波变换的图像去噪算法研究[D]. 田流芳.河北大学 2014
[4]魔方群的研究[D]. 喻腾飞.中国科学技术大学 2014
[5]解魔方算法的研究和系统实现[D]. 梁小龙.东北大学 2013
[6]魔方机器人展示系统研究与开发[D]. 王中锋.东北大学 2012
[7]基于Arduino/Android的蓝牙通信系统设计与实现[D]. 郑昊.湖北大学 2012
[8]基于ARM9的嵌入式魔方机器人系统设计[D]. 胡鑫.华南理工大学 2011
[9]智能魔方机器人的视觉感知与复原算法研究[D]. 张雪娇.东北大学 2011
本文编号：3234087
【文章来源】：河北工程大学河北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
019年三种机器人市场比例Fig.1-1Proportionofthreerobotmarketsin2019
河北工程大学硕士学位论文4模组制造了解魔方机器人CubeStormer，它以惊人的5.35秒打破了Ruby的记录，如图1-2（c）所示。在随后的的几年里CubeStormer2，CubeStormer3相继问世，魔方还原的时间被缩小到了3.253s[13]，由于乐高MindstormsNXT编程简单，结构可重构的特点，乐高系列解魔方机器人影响最大，流传范围最广。目前解魔方机器人还原魔方最短记录是由麻省理工学生卡茨和迪卡洛在2018年创下的，仅用了0.38s[14]，如图1-2（d）所示。图1-2解魔方机器人Fig.1-2Rubik"scuberobot1.2.2国内研究现状1.机器人研究现状国内开始研究机器人相对较晚，但是发展迅速，国内机器人市场潜力巨大，服务与工业领域具有很大的成长空间。2019年国内机器人市场占有比例如图1-3所示，国内机器人市场规模达到86.8亿美元，其中服务机器人约为22亿美元，工业机器人约为57.3亿美元，特种机器人约为7.5亿美元[15]。图1-32019年国内机器人市场结构Fig.1-3Structureofdomesticrobotmarketin2019随着我国对教育和医疗需求的持续强劲增长以及人口老龄化趋势的加快，国
河北工程大学硕士学位论文4模组制造了解魔方机器人CubeStormer，它以惊人的5.35秒打破了Ruby的记录，如图1-2（c）所示。在随后的的几年里CubeStormer2，CubeStormer3相继问世，魔方还原的时间被缩小到了3.253s[13]，由于乐高MindstormsNXT编程简单，结构可重构的特点，乐高系列解魔方机器人影响最大，流传范围最广。目前解魔方机器人还原魔方最短记录是由麻省理工学生卡茨和迪卡洛在2018年创下的，仅用了0.38s[14]，如图1-2（d）所示。图1-2解魔方机器人Fig.1-2Rubik"scuberobot1.2.2国内研究现状1.机器人研究现状国内开始研究机器人相对较晚，但是发展迅速，国内机器人市场潜力巨大，服务与工业领域具有很大的成长空间。2019年国内机器人市场占有比例如图1-3所示，国内机器人市场规模达到86.8亿美元，其中服务机器人约为22亿美元，工业机器人约为57.3亿美元，特种机器人约为7.5亿美元[15]。图1-32019年国内机器人市场结构Fig.1-3Structureofdomesticrobotmarketin2019随着我国对教育和医疗需求的持续强劲增长以及人口老龄化趋势的加快，国
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈计算机视觉技术进展及其新兴应用[J]. 余京蕾. 北京联合大学学报. 2020(01)
[2]浅析步进电机、伺服电机和舵机的区别[J]. 程院莲. 轻工科技. 2020(01)
[3]OPENCV视觉下闪电解魔方机器人的设计研究[J]. 崔文程. 南方农机. 2019(24)
[4]基于嵌入式系统的舵机控制研究[J]. 王雪. 数字技术与应用. 2019(11)
[5]基于肤色模型与颜色空间的目标识别算法[J]. 张杜娟. 国外电子测量技术. 2019(10)
[6]基于DFS的二指双臂魔方机器人[J]. 崔俊文,刘自红,邓明洋,乐玉. 电脑知识与技术. 2019(24)
[7]基于四臂协调控制的魔方还原系统设计与实现[J]. 郝崇清,过仕安,焦敏,马海港,于清超,赵宇洋. 河北工业科技. 2019(04)
[8]基于计算机视觉的交通流实时监控综述[J]. 陈华,孙宇晨. 微型电脑应用. 2019(05)
[9]基于STM32双臂魔方机器人的设计[J]. 高达. 电子产品世界. 2018(11)
[10]基于Android平台的车载蓝牙电话免提系统的研究[J]. 林嘉涛,陈飞龙,张璘,许英朝. 电子测量技术. 2018(10)
硕士论文
[1]嵌入式运动控制器若干关键技术的研究与实现[D]. 东梁.华南理工大学 2015
[2]基于LEGO平台的智能解魔方机器人系统研究与实现[D]. 李海龙.东北大学 2015
[3]基于中值滤波和小波变换的图像去噪算法研究[D]. 田流芳.河北大学 2014
[4]魔方群的研究[D]. 喻腾飞.中国科学技术大学 2014
[5]解魔方算法的研究和系统实现[D]. 梁小龙.东北大学 2013
[6]魔方机器人展示系统研究与开发[D]. 王中锋.东北大学 2012
[7]基于Arduino/Android的蓝牙通信系统设计与实现[D]. 郑昊.湖北大学 2012
[8]基于ARM9的嵌入式魔方机器人系统设计[D]. 胡鑫.华南理工大学 2011
[9]智能魔方机器人的视觉感知与复原算法研究[D]. 张雪娇.东北大学 2011
本文编号：3234087
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