發(fā)布時(shí)間：2022-04-27 21:38

　　智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是現(xiàn)階段世界各國高科技研究領(lǐng)域十分關(guān)注的熱點(diǎn)課題。智能機(jī)器人現(xiàn)在各行各業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,發(fā)揮著極其重要的作用。解三階魔方智能機(jī)器人是一個(gè)機(jī)械、電子、信息和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用的智能機(jī)器人系統(tǒng),制作一個(gè)解算魔方更快、翻轉(zhuǎn)動(dòng)作更加靈活迅速、穩(wěn)定性更好的智能魔方機(jī)器人系統(tǒng)具有極大的挑戰(zhàn)性。本文設(shè)計(jì)一款可以將任意打亂三階魔方進(jìn)行復(fù)原的兩臂二指智能魔方機(jī)器人。本課題的研究工作主要有三個(gè)部分,一是對三階魔方的基本結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)動(dòng)性質(zhì),以及復(fù)原三階魔方的算法進(jìn)行詳細(xì)的分析與研究,將魔方的轉(zhuǎn)動(dòng)以數(shù)學(xué)的形式描述與表達(dá);二是對三階魔方的顏色特征分析與識(shí)別;三是設(shè)計(jì)一個(gè)類似人手的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)魔方自動(dòng)復(fù)原。本課題魔方的顏色識(shí)別是基于RGB彩色模型獲取魔方表面的顏色特征,為有效減少外部環(huán)境的光照強(qiáng)度對魔方顏色識(shí)別的干擾,提高顏色識(shí)別的正確率,本課題采用KNN分類算法對顏色特征進(jìn)行分類。在魔方解算方面,本文采用現(xiàn)階段世界上解算魔方步數(shù)最少的Kociemba算法,目前是計(jì)算機(jī)求解魔方復(fù)原路徑最主流的算法,解算三階魔方的時(shí)間為ms級。另外,對Kociemba算法得到的復(fù)原指系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,比... 

【文章頁數(shù)】：104 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 課題研究目的和意義
    1.3 機(jī)器人與魔方的研究現(xiàn)狀與發(fā)趨勢
        1.3.1 智能機(jī)器人的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 魔方的研究現(xiàn)狀
        1.3.3 魔方機(jī)器人的研究現(xiàn)狀
    1.4 本課題的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    1.5 本文主要內(nèi)容
2 魔方與數(shù)學(xué)建模
    2.1 魔方研究基本情況構(gòu)造
        2.1.1 魔方的物理結(jié)構(gòu)
        2.1.2 魔方的數(shù)學(xué)構(gòu)造
    2.2 魔方的數(shù)學(xué)描述
        2.2.1 魔方復(fù)原的轉(zhuǎn)動(dòng)描述
        2.2.2 魔方狀態(tài)的描述
        2.2.3 塊位坐標(biāo)和色位坐標(biāo)
    2.3 魔方的數(shù)學(xué)建模
        2.3.1 魔方的轉(zhuǎn)動(dòng)矩陣
        2.3.2 魔方的轉(zhuǎn)動(dòng)方程
        2.3.3 轉(zhuǎn)動(dòng)方程舉例
    2.4 魔方的鏡像處理與右手化處理
        2.4.1 鏡像處理與鏡像還原
        2.4.2 右手化處理與例程
    2.5 本章小結(jié)
3 魔方初始狀態(tài)視覺識(shí)別
    3.1 魔方圖像采集
        3.1.1 攝像頭及采集卡
        3.1.2 魔方圖像采集的實(shí)現(xiàn)
    3.2 魔方圖像預(yù)處理
    3.3 彩色模型
        3.3.1 RGB彩色模型
        3.3.2 HSI彩色模型
        3.3.3 RGB與 HSI相互轉(zhuǎn)化
        3.3.4 顏色特征采集與彩色模型選用
    3.4 基于KNN算法顏色識(shí)別
        3.4.1 KNN算法概述
        3.4.2 關(guān)于距離的選擇
        3.4.3 數(shù)據(jù)集分類
    3.5 本章小結(jié)
4 魔方的復(fù)原算法設(shè)計(jì)
    4.1 復(fù)原魔方的經(jīng)典算法分析
        4.1.1 CFOP算法
        4.1.2 角先法
        4.1.3 層先法
    4.2 計(jì)算機(jī)復(fù)原魔方的算法分析
        4.2.1 Thistlethwaite算法
        4.2.2 Kociemba算法
    4.3 魔方復(fù)原算法的設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)
    4.4 本章小結(jié)
5 魔方機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    5.1 魔方機(jī)器人機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        5.1.1 空間剛體的位置描述
        5.1.2 物體的姿態(tài)變換表示
        5.1.3 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
    5.2 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
        5.2.1 機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.2.2 機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)方式選擇
        5.2.3 機(jī)械臂的主要驅(qū)動(dòng)分析
    5.3 上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.3.1 控制系統(tǒng)的組成
        5.3.2 魔方視覺識(shí)別系統(tǒng)
        5.3.3 魔方復(fù)原算法與復(fù)原指令系統(tǒng)的優(yōu)化
    5.4 下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.4.1 執(zhí)行控制程序設(shè)計(jì)
        5.4.2 電機(jī)啟動(dòng)與停止加減速控制設(shè)計(jì)
        5.4.3 S型加減速曲線的離散化方法
        5.4.4 S型加減速控制程序?qū)崿F(xiàn)
        5.4.5 系統(tǒng)測評實(shí)驗(yàn)
    5.5 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    總結(jié)
    展望
參考文獻(xiàn)
附錄1 下位機(jī)控制程序(部分)
附錄2 上位機(jī)算法程序
作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]步進(jìn)電機(jī)加減速控制新方法的研究[J]. 樊留強(qiáng),惠延波,王莉.  電機(jī)與控制應(yīng)用. 2017(03)
[2]魔方中的數(shù)學(xué)[J]. 孫峰.  初中生世界. 2015(05)
[3]服務(wù)機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 王田苗,陶永,陳陽.  中國科學(xué):信息科學(xué). 2012(09)
[4]基于膚色HSV彩色模型下的人臉檢測[J]. 劉萌.  商洛學(xué)院學(xué)報(bào). 2012(02)
[5]RGB顏色空間新的色差公式[J]. 頓紹坤,魏海平,孫明柱.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2011(08)
[6]S曲線加減速控制新算法的研究[J]. 張碧陶,高偉強(qiáng),沈列,閻秋生.  機(jī)床與液壓. 2009(10)
[7]S曲線加減速控制新方法的研究[J]. 李曉輝,鄔義杰,冷洪濱.  組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2007(10)
[8]步進(jìn)電機(jī)速度控制的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 徐煜明.  工礦自動(dòng)化. 2007(02)
[9]CMOS圖像傳感器介紹[J]. 張文選,范 紅,胡 屏.  長春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào). 2002(01)

碩士論文
[1]魔方機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 向臘.湖南大學(xué) 2016
[2]基于激光三角法的物料體積計(jì)量方法研究[D]. 李漢超.合肥工業(yè)大學(xué) 2015
[3]基于LEGO平臺(tái)的智能解魔方機(jī)器人系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 李海龍.東北大學(xué) 2015
[4]解魔方算法的研究和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D]. 梁小龍.東北大學(xué) 2013
[5]基于機(jī)器視覺的馬鈴薯自動(dòng)檢測分級研究[D]. 王澤京.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 2011
[6]智能魔方機(jī)器人的視覺感知與復(fù)原算法研究[D]. 張雪嬌.東北大學(xué) 2011
[7]魔方原理及其應(yīng)用[D]. 鄭瑜.浙江大學(xué) 2009
[8]車輛牌照自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)[D]. 郭娟.東北大學(xué) 2005



本文編號：3649200