雙臂解魔方機(jī)器人的算法實(shí)現(xiàn)
發(fā)布時(shí)間：2021-06-17 00:29
解魔方機(jī)器人是一個(gè)融合了機(jī)器人視覺(jué)、圖像處理技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)和魔方還原算法等多學(xué)科知識(shí)的機(jī)電一體化平臺(tái)。解魔方機(jī)器人因其具有較強(qiáng)的趣味性、交互性和挑戰(zhàn)性,近年來(lái)已成為人工智能的研究熱點(diǎn)之一。本文設(shè)計(jì)了一款可以將任意打亂的三階魔方還原的雙臂解魔方機(jī)器人,并制作了樣機(jī)。該機(jī)器人使用紅米note1手機(jī)作為主控制器運(yùn)行安卓系統(tǒng),以STM32單片機(jī)作為輔助控制器控制舵機(jī)的運(yùn)行,兩者之間通過(guò)藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。不同于以往解魔方機(jī)器人基于RGB顏色空間進(jìn)行顏色識(shí)別的方式,本文在顏色識(shí)別中引入KNN分類算法,消除了光照強(qiáng)度對(duì)顏色識(shí)別的影響,其顏色識(shí)別率接近100%;采用目前世界上還原步數(shù)最少的算法——二階段算法,將任何狀態(tài)下的三階魔方還原步數(shù)控制在21步以內(nèi),比其他還原算法更具優(yōu)勢(shì);為了解決二階段算法求解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題,本文采用了“限時(shí)取解”的方法對(duì)算法進(jìn)行了優(yōu)化;對(duì)于算法得到的還原指令,解魔方機(jī)器人采用五叉樹模型進(jìn)行優(yōu)化,平均優(yōu)化比例達(dá)到了31.7%,其優(yōu)化效果較為顯著;解魔方機(jī)器人采用舵機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件,將數(shù)控系統(tǒng)中的脈沖增量插補(bǔ)的思想運(yùn)用到舵機(jī)的速度控制上,解決了機(jī)器人結(jié)構(gòu)干涉的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)...
【文章來(lái)源】：河北工程大學(xué)河北省
【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
019年三種機(jī)器人市場(chǎng)比例Fig.1-1Proportionofthreerobotmarketsin2019
河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4模組制造了解魔方機(jī)器人CubeStormer，它以驚人的5.35秒打破了Ruby的記錄，如圖1-2（c）所示。在隨后的的幾年里CubeStormer2，CubeStormer3相繼問(wèn)世，魔方還原的時(shí)間被縮小到了3.253s[13]，由于樂(lè)高M(jìn)indstormsNXT編程簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)可重構(gòu)的特點(diǎn)，樂(lè)高系列解魔方機(jī)器人影響最大，流傳范圍最廣。目前解魔方機(jī)器人還原魔方最短記錄是由麻省理工學(xué)生卡茨和迪卡洛在2018年創(chuàng)下的，僅用了0.38s[14]，如圖1-2（d）所示。圖1-2解魔方機(jī)器人Fig.1-2Rubik"scuberobot1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1.機(jī)器人研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)開始研究機(jī)器人相對(duì)較晚，但是發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)潛力巨大，服務(wù)與工業(yè)領(lǐng)域具有很大的成長(zhǎng)空間。2019年國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)占有比例如圖1-3所示，國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到86.8億美元，其中服務(wù)機(jī)器人約為22億美元，工業(yè)機(jī)器人約為57.3億美元，特種機(jī)器人約為7.5億美元[15]。圖1-32019年國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1-3Structureofdomesticrobotmarketin2019隨著我國(guó)對(duì)教育和醫(yī)療需求的持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)以及人口老齡化趨勢(shì)的加快，國(guó)
河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4模組制造了解魔方機(jī)器人CubeStormer，它以驚人的5.35秒打破了Ruby的記錄，如圖1-2（c）所示。在隨后的的幾年里CubeStormer2，CubeStormer3相繼問(wèn)世，魔方還原的時(shí)間被縮小到了3.253s[13]，由于樂(lè)高M(jìn)indstormsNXT編程簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)可重構(gòu)的特點(diǎn)，樂(lè)高系列解魔方機(jī)器人影響最大，流傳范圍最廣。目前解魔方機(jī)器人還原魔方最短記錄是由麻省理工學(xué)生卡茨和迪卡洛在2018年創(chuàng)下的，僅用了0.38s[14]，如圖1-2（d）所示。圖1-2解魔方機(jī)器人Fig.1-2Rubik"scuberobot1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1.機(jī)器人研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)開始研究機(jī)器人相對(duì)較晚，但是發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)潛力巨大，服務(wù)與工業(yè)領(lǐng)域具有很大的成長(zhǎng)空間。2019年國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)占有比例如圖1-3所示，國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到86.8億美元，其中服務(wù)機(jī)器人約為22億美元，工業(yè)機(jī)器人約為57.3億美元，特種機(jī)器人約為7.5億美元[15]。圖1-32019年國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1-3Structureofdomesticrobotmarketin2019隨著我國(guó)對(duì)教育和醫(yī)療需求的持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)以及人口老齡化趨勢(shì)的加快，國(guó)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]淺談?dòng)?jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)展及其新興應(yīng)用[J]. 余京蕾. 北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào). 2020(01)
[2]淺析步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和舵機(jī)的區(qū)別[J]. 程院蓮. 輕工科技. 2020(01)
[3]OPENCV視覺(jué)下閃電解魔方機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究[J]. 崔文程. 南方農(nóng)機(jī). 2019(24)
[4]基于嵌入式系統(tǒng)的舵機(jī)控制研究[J]. 王雪. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2019(11)
[5]基于膚色模型與顏色空間的目標(biāo)識(shí)別算法[J]. 張杜娟. 國(guó)外電子測(cè)量技術(shù). 2019(10)
[6]基于DFS的二指雙臂魔方機(jī)器人[J]. 崔俊文,劉自紅,鄧明洋,樂(lè)玉. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2019(24)
[7]基于四臂協(xié)調(diào)控制的魔方還原系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 郝崇清,過(guò)仕安,焦敏,馬海港,于清超,趙宇洋. 河北工業(yè)科技. 2019(04)
[8]基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的交通流實(shí)時(shí)監(jiān)控綜述[J]. 陳華,孫宇晨. 微型電腦應(yīng)用. 2019(05)
[9]基于STM32雙臂魔方機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J]. 高達(dá). 電子產(chǎn)品世界. 2018(11)
[10]基于Android平臺(tái)的車載藍(lán)牙電話免提系統(tǒng)的研究[J]. 林嘉濤,陳飛龍,張璘,許英朝. 電子測(cè)量技術(shù). 2018(10)
碩士論文
[1]嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器若干關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 東梁.華南理工大學(xué) 2015
[2]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
[3]基于中值濾波和小波變換的圖像去噪算法研究[D]. 田流芳.河北大學(xué) 2014
[4]魔方群的研究[D]. 喻騰飛.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[5]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
[6]魔方機(jī)器人展示系統(tǒng)研究與開發(fā)[D]. 王中鋒.東北大學(xué) 2012
[7]基于Arduino/Android的藍(lán)牙通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 鄭昊.湖北大學(xué) 2012
[8]基于ARM9的嵌入式魔方機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 胡鑫.華南理工大學(xué) 2011
[9]智能魔方機(jī)器人的視覺(jué)感知與復(fù)原算法研究[D]. 張雪嬌.東北大學(xué) 2011
本文編號(hào)：3234087
【文章來(lái)源】：河北工程大學(xué)河北省
【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
019年三種機(jī)器人市場(chǎng)比例Fig.1-1Proportionofthreerobotmarketsin2019
河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4模組制造了解魔方機(jī)器人CubeStormer，它以驚人的5.35秒打破了Ruby的記錄，如圖1-2（c）所示。在隨后的的幾年里CubeStormer2，CubeStormer3相繼問(wèn)世，魔方還原的時(shí)間被縮小到了3.253s[13]，由于樂(lè)高M(jìn)indstormsNXT編程簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)可重構(gòu)的特點(diǎn)，樂(lè)高系列解魔方機(jī)器人影響最大，流傳范圍最廣。目前解魔方機(jī)器人還原魔方最短記錄是由麻省理工學(xué)生卡茨和迪卡洛在2018年創(chuàng)下的，僅用了0.38s[14]，如圖1-2（d）所示。圖1-2解魔方機(jī)器人Fig.1-2Rubik"scuberobot1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1.機(jī)器人研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)開始研究機(jī)器人相對(duì)較晚，但是發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)潛力巨大，服務(wù)與工業(yè)領(lǐng)域具有很大的成長(zhǎng)空間。2019年國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)占有比例如圖1-3所示，國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到86.8億美元，其中服務(wù)機(jī)器人約為22億美元，工業(yè)機(jī)器人約為57.3億美元，特種機(jī)器人約為7.5億美元[15]。圖1-32019年國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1-3Structureofdomesticrobotmarketin2019隨著我國(guó)對(duì)教育和醫(yī)療需求的持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)以及人口老齡化趨勢(shì)的加快，國(guó)
河北工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4模組制造了解魔方機(jī)器人CubeStormer，它以驚人的5.35秒打破了Ruby的記錄，如圖1-2（c）所示。在隨后的的幾年里CubeStormer2，CubeStormer3相繼問(wèn)世，魔方還原的時(shí)間被縮小到了3.253s[13]，由于樂(lè)高M(jìn)indstormsNXT編程簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)可重構(gòu)的特點(diǎn)，樂(lè)高系列解魔方機(jī)器人影響最大，流傳范圍最廣。目前解魔方機(jī)器人還原魔方最短記錄是由麻省理工學(xué)生卡茨和迪卡洛在2018年創(chuàng)下的，僅用了0.38s[14]，如圖1-2（d）所示。圖1-2解魔方機(jī)器人Fig.1-2Rubik"scuberobot1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1.機(jī)器人研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)開始研究機(jī)器人相對(duì)較晚，但是發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)潛力巨大，服務(wù)與工業(yè)領(lǐng)域具有很大的成長(zhǎng)空間。2019年國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)占有比例如圖1-3所示，國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到86.8億美元，其中服務(wù)機(jī)器人約為22億美元，工業(yè)機(jī)器人約為57.3億美元，特種機(jī)器人約為7.5億美元[15]。圖1-32019年國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1-3Structureofdomesticrobotmarketin2019隨著我國(guó)對(duì)教育和醫(yī)療需求的持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)以及人口老齡化趨勢(shì)的加快，國(guó)
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]淺談?dòng)?jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)展及其新興應(yīng)用[J]. 余京蕾. 北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào). 2020(01)
[2]淺析步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和舵機(jī)的區(qū)別[J]. 程院蓮. 輕工科技. 2020(01)
[3]OPENCV視覺(jué)下閃電解魔方機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究[J]. 崔文程. 南方農(nóng)機(jī). 2019(24)
[4]基于嵌入式系統(tǒng)的舵機(jī)控制研究[J]. 王雪. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2019(11)
[5]基于膚色模型與顏色空間的目標(biāo)識(shí)別算法[J]. 張杜娟. 國(guó)外電子測(cè)量技術(shù). 2019(10)
[6]基于DFS的二指雙臂魔方機(jī)器人[J]. 崔俊文,劉自紅,鄧明洋,樂(lè)玉. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2019(24)
[7]基于四臂協(xié)調(diào)控制的魔方還原系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 郝崇清,過(guò)仕安,焦敏,馬海港,于清超,趙宇洋. 河北工業(yè)科技. 2019(04)
[8]基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的交通流實(shí)時(shí)監(jiān)控綜述[J]. 陳華,孫宇晨. 微型電腦應(yīng)用. 2019(05)
[9]基于STM32雙臂魔方機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J]. 高達(dá). 電子產(chǎn)品世界. 2018(11)
[10]基于Android平臺(tái)的車載藍(lán)牙電話免提系統(tǒng)的研究[J]. 林嘉濤,陳飛龍,張璘,許英朝. 電子測(cè)量技術(shù). 2018(10)
碩士論文
[1]嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器若干關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 東梁.華南理工大學(xué) 2015
[2]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
[3]基于中值濾波和小波變換的圖像去噪算法研究[D]. 田流芳.河北大學(xué) 2014
[4]魔方群的研究[D]. 喻騰飛.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[5]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
[6]魔方機(jī)器人展示系統(tǒng)研究與開發(fā)[D]. 王中鋒.東北大學(xué) 2012
[7]基于Arduino/Android的藍(lán)牙通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 鄭昊.湖北大學(xué) 2012
[8]基于ARM9的嵌入式魔方機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 胡鑫.華南理工大學(xué) 2011
[9]智能魔方機(jī)器人的視覺(jué)感知與復(fù)原算法研究[D]. 張雪嬌.東北大學(xué) 2011
本文編號(hào)：3234087
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