摘 要：解魔方机器人是一个综合性应用设计，其中对魔方机器人的颜色识别的准确性、解魔方还原路径的择优性以及机械步骤的响应速度和准确性都有着相当高的要求。

本课题在基于图像识别的前提下，完成对魔方的还原。本设计包含图像颜色信息采集，处理界面显示还原步骤和操控旋转装置还原魔方三个部分。颜色采集是通过设置LAB颜色空间来获取魔方表面的颜色信息。为了提高颜色识别的准确性，本设计将ROI（感兴趣区）设置在更靠近魔方中心，同时会对像素数进行比较来提高正确率。在解魔方路径方面，本设计采用了kociemba算法，是目前解魔方速度最快和步骤数最少的算法。在机械机构方面，放弃了传统的双臂机器人，使用九个舵机来对魔方进行还原。

通过对整个系统的测试，测试结果表明：颜色识别的准确率高，同时整个机械结构比较稳定，能够准确的还原魔方。

 

关键词：图像识别；复原魔方；OpenMV；STM32H7；kociemba

 

目 录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2国内外发展（应用）现状

1.2.1智能机器人发展现状

1.2.2魔方的发展现状

1.3论文的关键技术

1.3.1 OpenMV识别色块

1.3.2解魔方算法

1.3.3魔方的机械结构

1.3.4颜色识别修正

1.4论文章节安排

第2章 魔方机器人硬件设计与规划

2.1系统总体设计

2.2 OpenMV4简介

2.2.1 TTL串口介绍

2.3 机械臂的控制

2.3.1 SG90舵机控制

2.3.2舵机驱动PCA9685概述

2.3.3 PCA9685拓展

2.4本章小结

第3章 魔方机器人软件设计

3.1图像处理设计

3.1.1 OpenMV4 IDE概述

3.1.2图像处理软件设计

3.2界面设计

3.2.1 PYQt概述

3.2.2界面整体设计

3.3舵机驱动设计

3.4本章小结

第4章 魔方还原算法

4.1魔方还原的经典算法

4.2经典算法分析

4.2.1 CFOP算法

4.2.2角先法

4.2.3层先法

4.3 kociemba算法

4.4魔方算法和计算机解魔方算法

4.5本章小结

第5章 魔方机器人具体实现

5.1图像处理

5.2魔方步骤计算

5.2.1串口介绍

5.2.2魔方步骤计算

5.3界面设计

5.4魔方转动装置设计

5.5本章小结

第6章 实验测试与分析

6.1 OpenMV图像识别测试

6.1.1实验条件

6.1.2实验方法

6.1.3实验结果

6.1.4实验结论

6.2魔方旋转装置测试

6.2.1实验条件

6.2.2实验方法

6.2.3实验结果

6.2.4实验结论

第7章 结论

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献