MATLAB与STM32解魔方机器人设计实现

本项目是一份毕业设计，旨在通过MATLAB编程和图像处理技术实现一个能够识别魔方颜色并计算出解魔方步骤的机器人系统，最终通过串口通信将指令发送给STM32单片机控制舵机进行魔方的还原操作。下面将详细介绍该项目中涉及的关键知识点。 ### MATLAB程序设计 #### 主程序及GUI界面 - **cube_machine_Start.m**: 主程序文件，负责启动整个MATLAB应用程序，所有相关文件应放置在相同目录下。运行此文件即可启动整个图像识别和解魔方流程。 - **cube_machine_Start.fig**: 是一个图形用户界面(GUI)文件，用于展示和交互操作界面，通过MATLAB的图形界面设计功能实现。 - **cube_machine_GUI.m**: 辅助GUI，为机械手控制提供交互界面，同样采用纯代码编写。该文件可以与主程序一起启动或单独运行。 #### 颜色识别算法 - **colordetect.m**: 颜色识别模块，使用K-means聚类算法对魔方的颜色进行识别。K-means算法具有较好的鲁棒性，即使在室内自然光下也能准确识别颜色，减少环境光线对识别结果的影响。 #### 解魔方算法 - **kociemba.m**: 根据识别到的魔方颜色，使用Kociemba算法进行魔方的解算。该算法利用了网络API，调用德国数学家Kociemba开发的cube explorer程序，从而返回魔方的还原步骤。 #### 白平衡算法 - **whitebalance.m**: 用于修正图像采集过程中的色差问题。白平衡算法可以调整图像的颜色偏差，保证颜色识别的准确性。 ### 单片机程序设计 - **STM32F103C8T6.zip**: 包含了用于控制舵机的STM32F103C8T6单片机程序。单片机通过串口接收MATLAB程序发送的指令，并利用PWM波控制舵机动作，从而实现魔方的还原。 ### 魔方样本图片 - **samples100.zip**: 该项目中包含了100套实拍的魔方样本图片，这些图片用于颜色识别算法的测试和训练，确保算法能够准确地识别现实世界中的魔方颜色。 ### 其他关键信息 - **Cube-Solvr-master**: 这个压缩包文件名指向了一个与解魔方相关的源码仓库，可能包含了与项目相关的其他辅助性代码或文档。 ### 整体流程概述 1. 使用MATLAB编写主程序，启动GUI界面，收集用户输入或者进行自动的颜色识别。 2. 通过colordetect.m模块识别魔方的颜色，并将结果传递给kociemba.m模块。 3. kociemba.m模块调用在线的Kociemba算法API，返回魔方的还原步骤。 4. 将还原步骤通过串口通信发送给STM32单片机。 5. STM32单片机解析接收到的指令，并通过PWM波控制舵机进行魔方的拧动，实现还原。 ### 技术栈涉及的关键技术点 - **MATLAB编程**: 用于快速原型设计，算法实现和GUI开发。 - **K-means聚类算法**: 图像识别和颜色聚类。 - **Kociemba算法**: 魔方求解算法，通常用于计算魔方的还原步骤。 - **STM32单片机**: 嵌入式开发，实现硬件控制逻辑。 - **串口通信**: MATLAB与单片机间的数据交换方式。 - **PWM波控制**: 控制舵机转动的电子信号。 ### 结语 该项目作为一个结合了图像处理技术和嵌入式硬件控制的综合应用案例，不仅需要对MATLAB有深入理解，还需要对STM32的开发与控制有实际操作经验。通过此项目，可以学习到图像处理、机器学习、嵌入式系统开发、串口通信等多个领域的知识。对于进行毕业设计或希望深入研究机器人自动化的学生和技术人员来说，该项目是一个极好的学习和实践平台。