[發明專利]基于OpenCV圖像處理技術的魔方機器人

在審

• 申請號: 202011060728.5
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112318519A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 黃慶南;鄧婧;余鑫華;戴喜生;郭臻金
• 申請（專利權）人: 廣西科技大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/12;B25J9/16;G06K9/00;G06K9/38;G06K9/46;G06K9/54
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 涂琪順

1.基于OpenCV圖像處理技術的魔方機器人，其特征在于：包括工作臺(1)、固定框架(2)和步進電機(3)，所述工作臺(1)上端一側設置有所述固定框架(2)，所述固定框架(2)內壁設置有所述步進電機(3)，所述步進電機(3)的傳動輸出端設置有長軸(4)，所述長軸(4)一端設置有抓手(5)，所述固定框架(2)一側設置有下位機(6)，所述下位機(6)上設置有串口通訊模塊(7)，所述串口通訊模塊(7)一側設置有電機驅動模塊(8)，所述下位機(6)一側設置有PC上位機(9)。

2.根據權利要求1所述的基于OpenCV圖像處理技術的魔方機器人，其特征在于：所述步進電機(3)與所述固定框架(2)通過螺栓連接，所述步進電機(3)設置有六個。

3.根據權利要求1所述的基于OpenCV圖像處理技術的魔方機器人，其特征在于：所述長軸(4)與所述電機通過鍵連接，所述抓手(5)與所述長軸(4)焊接。

4.根據權利要求1所述的基于OpenCV圖像處理技術的魔方機器人，其特征在于：所述下位機(6)與所述串口通訊模塊(7)電連接，所述串口通訊模塊(7)與所述PC上位機(9)電連接。

5.根據權利要求1所述的基于OpenCV圖像處理技術的魔方機器人，其特征在于：所述下位機(6)與所述電機驅動模塊(8)電連接，所述電機驅動模塊(8)與所述步進電機(3)電連接。

6.根據權利要求1所述的基于OpenCV圖像處理技術的魔方機器人，其特征在于：它包括以下算法：

算法1：Kociemba算法，又稱為二階段算法，是一個使用較短時間和較少次數還原魔方的算法，首先對魔方的元素進行命名上面的約定，根據魔方的兩種性質，將魔方的狀態分成兩個狀態集G1、G2，先使用搜索算法轉換為G1狀態，在使用另一種搜索方式轉換為原始狀態；

算法2：圖像處理算法，圖像處理部分主要是使用開源視覺庫OpenCV進行開發，首先獲取魔方的六個面的圖片，對六張圖片分別進行高斯模糊、圖像灰度處理、圖像二值化、形態學操作、連通域統計、色塊識別，最終形成一段色塊信息的序列；

算法3：步進電機SigMoid控制算法，在非超載的情況下，步進電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的，可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的；

算法4：上位機可視化界面開發，可視化界面擬采用Tkinter工具包進行開發。

7.根據權利要求6所述的基于OpenCV圖像處理技術的魔方機器人，其特征在于：所述算法1中將魔方的面分為6個，T(上)、D(下)、F(前)、B(后)、L(左)、R(右)，面向X面，順時針旋轉X面90度表示為X、旋轉半周為X2、逆時針旋轉90度為X，其中G1狀態為魔方的原始狀態經過若干步規定以內的旋轉所組成的狀態集。

8.根據權利要求6所述的基于OpenCV圖像處理技術的魔方機器人，其特征在于：所述算法4中Tkinter由一定數量的模塊組成，Tkinter位于一個名為_tkinter的二進制模塊中，Tkinter包含了對Tk的低級接口模塊，通常是一個共享庫(或DLL)。