解魔方机器人的设计与实现
解魔方机器人是专门针对魔方还原而设计的一类机器人,涉及的技术十分广泛,实现的方法也较为多样。本文是基于EV3材料的基础加以研究。首先确定所需要的主要元器件，分析如何设计才能使之能够协调工作。最后研究并设计出解魔方机器人的程序，并对解魔方程序进行调试。最后让机器人能够自行完成解魔方。本文针对解魔方机器人技术进行设计分析，在本文的最后详细论述了魔方机器人系统的实现过程。
目录
一、解魔方机器人系统的提出 4
二、解魔方机器人系统的特点 4
三解魔方机器人系统的总体结构 5
四、解魔方机器人系统设计 6
（一）解魔方机器人系统体系结构设计 6
（二）解魔方机器人系统软件结构设计 10
五、解魔方机器人系统的实现 12
(一)系统控制流程 13
（二）蓝牙通讯的实现 13
（三）机器人控制功能的实现 15
（四）交互界面的实现 16
参考文献 20
一、解魔方机器人系统的提出
教育是国家之根本，如果一个国家没有教育，那将是一群野蛮人。那么现代教育该以什么为中心呢？答案是科学的进行教育，只有进行科学的教育才能培养出新的人才。而不只会背书的人，这样永远不会有创新。科学的进行教育教育不仅使人类能够学到所需的知识和能力，更主要的是让人能科学精神、科学态度及使用科学的方法进行创新。科学教育是提高全民科学文化程度、促进科技成果的加速创新、倡导科学健康明的生活方式具有重大意义，对实施科教兴国战略、可持续发展战略、维护社会稳定、加速中国特色社会主义现代化建设具有深远的历史意义。
近年来由于科技的发展突飞猛进。我国政府重视对青少年科学教育事业，每年都会投入大量的资金在教育事业中，在我国政府的大力宣传下，近些年来全国各地开始开放科技馆、启动“科普进社区”工程，使青少年对科普产品有一定的认识和认知。孩子们在各个科技馆以及科技展览会的所见、所闻，能够使他们对科技展品能够过目不忘，吸引住特们的眼球。在科技馆中的展品都是能与人进行互动，具有一定的娱乐性和可玩性使孩子们在“学中玩，玩中学”，这样做的目的不仅使青少年更容易接受当中的科学知识，更重要的是能激发孩子们的想象力和探索的欲 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
望。
近年来，伴随着人工智能的发展，各种智能机器人相继亮相，机器人在工业发展和人民生活生产中逐渐代替一些传统的人力。而本文所设计的智能解魔方机器人，将智能机器人和深受全球人民喜爱的魔方有机的结合在一起，将智能机器人的智能性，可玩性，互动性展现的淋漓尽致。
二、解魔方机器人系统的特点
解魔方机器人模型是钟信先生于2014年3月发明的属于科普产品，希望在展览过程中向观众展示机器人的互动性，以及现在的机器人控制技术、无线控制技术、机器人结构设计方法，都极大的提升以及更加的熟练。魔方机器人由完整的魔方制作，经过先拆卸，而后打磨，然后再粘和，劲量保持魔方的原有风貌。魔方机器人的制作工艺讲究流程复杂 ，每一个步骤对于制作师傅的技术都相当讲究，只有熟练的师傅才能做出上乘的魔方机器人。魔方机器人的出现也丰富了魔方的多样性和玩法，如今魔方机器人已是魔方DIY的主流趋势
根据本论文解魔方机器人的设计需求，所设计的机器人具有以下特点:
（一）智能性
本论文所设计的机器人采用图像收集、快速解魔方、电机和传感器的控制、有线控制、LEGO——EV3材料设计等于多位一体，，使机器人融合各种机械、物理、编程等学科的知识，体现出机器人的智能行和自主处理的能力；
(二)互动性
本机器人是一个还原魔方的机器人，魔方本身深受许多不同年龄段的人的喜爱，能吸引更多人的注意，互动性强、互动方式简单，观众可以随机打乱魔方让机器人进行还原，拉近观众和机器人之间的距离，让观众在寓教于乐的形式中了解和学习前沿科技知识;
(三)易于维护
机器人以EV3平台为基础，利用EV3零件拼装而成，所使用的零件都是批量生产，极大程度降低了零件损坏更换的问题，所采用的材料也是经过仔细处理的无毒无害产品，增加了产品的稳定性和可靠性，使家长更易接受，同时便于维护和保养;
(四)低成本
由于采用的是EV3产品，在搭建过程中所产的不良产品，可以轻易的更换。购买所产生的费用也是很低廉的。对人的身体业务任何伤害
三解魔方机器人系统的总体结构
智能解魔方机器人是互动性极强的产品，所以在设计时需要让机器人和观众进行互动，并让观众了解到当中的一些知识。所以本文系统分互动部分、采集信息处理部分、连接部分和演示部分等4个部分。
(一)互动部分
在展示过程中，随机邀请一位观众将魔方随意打乱，打乱之后放在机器人的承载台上，根据系统的提示，让观众自己动手操作魔方复原的过程中，机器人魔方还原的过程通过显示器显示，在人机互动的同时，让观众了解机械手臂的运动原理并学习相关的技术知识。
(二采集信息处理部分
本部分主要有两部分信息来源，首先是通过颜色传感器采集打乱后的魔方六个面的颜色块，然后是处理机器人各个电机按顺序开始运作，信息采集处理使程序能够进行处理所获得的信息，例如获取魔方的初始状态（由颜色传感器处理）、魔方在旋转过程中是否脱落（超声波传感器处理）、执行机构是否准确执行（主机处理）等等。
(三连接部分
连接部分是将电脑USB端口和魔方机器人的端口相连接，把电脑锁编写的传承需保存到EV3的主机里面，这样可以保证在无线状态下也能进行展示，EV3机器人有自己的通信系统，进而使机器人的可靠性提高，同时展示出机器人的智能性。
(四)演示部分
演示部分主要是指解魔方机器人保存了所编写的程序，在收集到魔方的初始庄太后，能够通过程序来自己处理并还原魔方。机器人根据执行指令完成实际的解魔方过程，增加趣味性。
综上所述，本文机器人机构如图所示。
目录
一、解魔方机器人系统的提出 4
二、解魔方机器人系统的特点 4
三解魔方机器人系统的总体结构 5
四、解魔方机器人系统设计 6
（一）解魔方机器人系统体系结构设计 6
（二）解魔方机器人系统软件结构设计 10
五、解魔方机器人系统的实现 12
(一)系统控制流程 13
（二）蓝牙通讯的实现 13
（三）机器人控制功能的实现 15
（四）交互界面的实现 16
参考文献 20
一、解魔方机器人系统的提出
教育是国家之根本，如果一个国家没有教育，那将是一群野蛮人。那么现代教育该以什么为中心呢？答案是科学的进行教育，只有进行科学的教育才能培养出新的人才。而不只会背书的人，这样永远不会有创新。科学的进行教育教育不仅使人类能够学到所需的知识和能力，更主要的是让人能科学精神、科学态度及使用科学的方法进行创新。科学教育是提高全民科学文化程度、促进科技成果的加速创新、倡导科学健康明的生活方式具有重大意义，对实施科教兴国战略、可持续发展战略、维护社会稳定、加速中国特色社会主义现代化建设具有深远的历史意义。
近年来由于科技的发展突飞猛进。我国政府重视对青少年科学教育事业，每年都会投入大量的资金在教育事业中，在我国政府的大力宣传下，近些年来全国各地开始开放科技馆、启动“科普进社区”工程，使青少年对科普产品有一定的认识和认知。孩子们在各个科技馆以及科技展览会的所见、所闻，能够使他们对科技展品能够过目不忘，吸引住特们的眼球。在科技馆中的展品都是能与人进行互动，具有一定的娱乐性和可玩性使孩子们在“学中玩，玩中学”，这样做的目的不仅使青少年更容易接受当中的科学知识，更重要的是能激发孩子们的想象力和探索的欲 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
望。
近年来，伴随着人工智能的发展，各种智能机器人相继亮相，机器人在工业发展和人民生活生产中逐渐代替一些传统的人力。而本文所设计的智能解魔方机器人，将智能机器人和深受全球人民喜爱的魔方有机的结合在一起，将智能机器人的智能性，可玩性，互动性展现的淋漓尽致。
二、解魔方机器人系统的特点
解魔方机器人模型是钟信先生于2014年3月发明的属于科普产品，希望在展览过程中向观众展示机器人的互动性，以及现在的机器人控制技术、无线控制技术、机器人结构设计方法，都极大的提升以及更加的熟练。魔方机器人由完整的魔方制作，经过先拆卸，而后打磨，然后再粘和，劲量保持魔方的原有风貌。魔方机器人的制作工艺讲究流程复杂 ，每一个步骤对于制作师傅的技术都相当讲究，只有熟练的师傅才能做出上乘的魔方机器人。魔方机器人的出现也丰富了魔方的多样性和玩法，如今魔方机器人已是魔方DIY的主流趋势
根据本论文解魔方机器人的设计需求，所设计的机器人具有以下特点:
（一）智能性
本论文所设计的机器人采用图像收集、快速解魔方、电机和传感器的控制、有线控制、LEGO——EV3材料设计等于多位一体，，使机器人融合各种机械、物理、编程等学科的知识，体现出机器人的智能行和自主处理的能力；
(二)互动性
本机器人是一个还原魔方的机器人，魔方本身深受许多不同年龄段的人的喜爱，能吸引更多人的注意，互动性强、互动方式简单，观众可以随机打乱魔方让机器人进行还原，拉近观众和机器人之间的距离，让观众在寓教于乐的形式中了解和学习前沿科技知识;
(三)易于维护
机器人以EV3平台为基础，利用EV3零件拼装而成，所使用的零件都是批量生产，极大程度降低了零件损坏更换的问题，所采用的材料也是经过仔细处理的无毒无害产品，增加了产品的稳定性和可靠性，使家长更易接受，同时便于维护和保养;
(四)低成本
由于采用的是EV3产品，在搭建过程中所产的不良产品，可以轻易的更换。购买所产生的费用也是很低廉的。对人的身体业务任何伤害
三解魔方机器人系统的总体结构
智能解魔方机器人是互动性极强的产品，所以在设计时需要让机器人和观众进行互动，并让观众了解到当中的一些知识。所以本文系统分互动部分、采集信息处理部分、连接部分和演示部分等4个部分。
(一)互动部分
在展示过程中，随机邀请一位观众将魔方随意打乱，打乱之后放在机器人的承载台上，根据系统的提示，让观众自己动手操作魔方复原的过程中，机器人魔方还原的过程通过显示器显示，在人机互动的同时，让观众了解机械手臂的运动原理并学习相关的技术知识。
(二采集信息处理部分
本部分主要有两部分信息来源，首先是通过颜色传感器采集打乱后的魔方六个面的颜色块，然后是处理机器人各个电机按顺序开始运作，信息采集处理使程序能够进行处理所获得的信息，例如获取魔方的初始状态（由颜色传感器处理）、魔方在旋转过程中是否脱落（超声波传感器处理）、执行机构是否准确执行（主机处理）等等。
(三连接部分
连接部分是将电脑USB端口和魔方机器人的端口相连接，把电脑锁编写的传承需保存到EV3的主机里面，这样可以保证在无线状态下也能进行展示，EV3机器人有自己的通信系统，进而使机器人的可靠性提高，同时展示出机器人的智能性。
(四)演示部分
演示部分主要是指解魔方机器人保存了所编写的程序，在收集到魔方的初始庄太后，能够通过程序来自己处理并还原魔方。机器人根据执行指令完成实际的解魔方过程，增加趣味性。
综上所述，本文机器人机构如图所示。
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