《本科毕业设计》：三阶魔方还原机器人.zip

# 三阶魔方还原机器人 基于 python 和 Arduino，实现能够还原三阶魔方的机械结构 ## 系统流程 1. 通过摄像头识别魔方颜色 2. 将识别结果转化成魔方求解算法的输入 3. 执行魔方求解算法，得出还原操作序列 3. 指令优化与碰撞规避处理 4. 通过wifi将序列发给硬件控制器 5. 硬件控制器按照序列，控制机械结构执行还原 6. over ## 依赖 python 版本: 3.x + pywifi + pillow + numpy + opencv-python ```bash $ pip install -r requirements.txt $ python3 guiconfig.py ``` ## 开发 ### 软件部分 - [x] tkinter gui [组件](https://github.com/jindada1/CubeRobot/tree/master/components)的设计与开发 - [x] Camera：基于cv2.VideoCapture 构造的摄像头管理类 - [x] HoverButton：基于 tk.Button 提供可带参数事件绑定接口，并做了些许美化 - [x] ViewCanvas：**颜色数据采集与调试工具**中的面板，用于展示视频与图片 - [x] CubeFloorPlan：用于绘制并管理魔方平面展开图，存储并管理整个魔方的色块分布，并生成魔方色块序列 - [x] HSVAdjuster：**颜色数据采集与调试工具**中的面板，实时调整颜色识别中使用的 hsv 范围并保存 - [x] SampleAdjuster：**颜色数据采集与调试工具**中的面板，实时调整用于颜色识别的采样范围并保存 - [x] Console：控制台模块，用于**主控程序**运行时的状态输出 - [x] Window：Tk 窗口的封装，提供了 update_func 接口 - [x] CameraCanvas：摄像头视频展示面板，用于**主控程序** - [x] [颜色数据采集与调试工具](https://github.com/jindada1/CubeRobot/blob/master/guiconfig.py)的开发 - [x] [数据设置与加载模块](https://github.com/jindada1/CubeRobot/tree/master/setting) - [x] [计算机视觉模块](https://github.com/jindada1/CubeRobot/blob/master/vision.py)：魔方定位与颜色块的识别 - [x] 全局二值化色块定位 - [x] 形态学处理与魔方定位 - [x] 手动定位，固定点采样 - [x] 颜色识别  - [x] [魔方模拟器](https://github.com/jindada1/CubeRobot/blob/master/sock/emulator.html)的开发 - [x] 虚拟魔方的实现 - [x] 执行还原序列 - [x] 获取魔方状态 - [x] twophase 求解接口的[后台服务器](https://github.com/jindada1/CubeRobot/blob/master/sock/http_server.py)  - [x] 主控程序的开发 - [x] [计算机视觉模块](https://github.com/jindada1/CubeRobot/blob/master/vision.py)：魔方定位与颜色块的识别 - [x] [魔方求解模块](https://github.com/jindada1/CubeRobot/tree/master/twophase)：[twophase](https://github.com/hkociemba/RubiksCube-TwophaseSolver)算法 - [x] 指令调整与优化 - [x] 机器动作指令集的设计 - [x] 标准还原序列到机器动作指令序列的转化 - [x] 碰撞规避处理 - [x] [wifi模块](https://github.com/jindada1/CubeRobot/blob/master/sock/esp_client.py) - [x] wifi检测与连接 - [x] 自动获取 esp8266 模块在 ap 模式下的 ip 地址 - [x] 发送数据和接收数据 软件架构如下：  界面如下：  ### 硬件部分 - [x] esp8266 - [x] ap 模式 - [x] 提供路由处理来自客户端的请求，并返回处理结果 - [x] 操作序列的解析 - [x] 电机控制逻辑 - [x] 单个电机动作控制 - [x] 多个电机同步运行 - [x] 单个电机角度微调 单个电机的基本连接如下：  ## 机械结构建模 模型及装配体如下图所示，所有原文件在[sldprt](/models/sldprt)目录下  导出的3D打印模型在[stl](/models/stl)目录下 ### 动图演示 凹槽凸轮 | 魔方翻转 :-------------------------:|:-------------------------:  |  |装配爆炸视图 | |:-------------------------:| | | ### 实物照片 翻转魔方 | 魔鬼接线 :-------------------------:|:-------------------------:  |  识别魔方色块分布 | 旋转魔方面 :-------------------------:|:-------------------------:  |