解三阶魔方舵机机器人

准备工作

• 安装Node WebKit（ http://nwjs.org ）
• git clone https://github.com/xeecos/RubikSolver-nwjs
• 将代码复制到Node WebKit文件夹中 （上位机代码在app.html中，包括UI和JS逻辑）
• 硬件组装
• 安装Arduino IDE（ https://arduino.cc/ ）
• 安装Makeblock libraries（ https://github.com/Makeblock-official/Makeblock-Libraries ）到Arduino IDE安装目录下libraries中
• 并通过Arduino IDE烧写MegaPi程序（ https://github.com/xeecos/RubikSolver-nwjs/Arduino/Arduino.ino ）
• 连接摄像头
• MegaPi插上12V电源适配器

运行

• 运行nw.exe
• 连接MegaPi所在串口
• 将打散的魔方放在机器中间，点击HoldY，夹住魔方后，再点击HoldX
• 点击Start Capture开始解魔方

• 工作效果

• 演示视频（ youtube - https://youtu.be/3c3i0LgJrCc ，youku - http://v.youku.com/v_show/id_XMTY2MzE5MTcwMA==.html ）

###工作原理

• nw程序通过摄像头采集图像实现魔方六面颜色识别，计算出解魔方步骤后，转换成舵机旋转指令发送给MegaPi执行。
• MegaPi通过串口接收来自上位机nw程序的运动指令驱动舵机。
• Makeblock（ http://makeblock.com/ ）材料搭建解魔方抓取和旋转机构

魔方基本元素

结构

三阶魔方由1个中心轴、6个中心块、12个边块及8个角块构成，当它们组合在一起的时候每个零件会互相牵制不会散开，并且任何一面都可水平转动而不影响到其他方块。三阶魔方的结构不只一种，例如空心魔方。

• 中心块

中心块与中心轴连接在一起，但可以顺着轴的方向自由地转动。

• 边块

边块的表面是两个正方形，结构类似一个长方体从立方体的一个边凸出来，这样的结构可以让边块嵌在两个中心块之间。

• 角块

角块的表面是三个正方形，结构类似一个小立方体从立方体的一个边凸出来，这样的结构可以让角块嵌在三个边块之间。

• 每个块的编号

解魔方动作的书写方式

U的转法，即顺时钟转动上层，为了记录下复原、转乱的过程或公式的步骤，会用Singmaster符号来书写（由David Singmaster发明）。

书写方式如下：

• R(Right)、L(Left)、U(Up)、D(Down)、F(Front)、B(Back)分别代表右、左、上、下、前、后层。
• 若是顺时针旋转，则直接写上符号；若是逆时针旋转，则在符号后加上“'”或是“i”；若是旋转180°，则在符号后加上“2”或是“²”。
• 若要更加详细纪录整个过程，还会使用以下符号：
  • x、y、z分别代表将整个魔方做R、U、F，因为在速解魔方的时候，并不会总是将一个面朝向自己。
  • r、l、u、d、f、b分别代表右、左、上、下、前、后两层，代表连中间层一起转。
  • M(Middle)、E(Equator)、S(Side)代表旋转中间层，相当于Rr'、Uu'、Bb'。

解魔方算法

• CFOP（又称弗雷德里奇法（Fridrich Method））是速解魔方最常用的公式系统之一，由底十字（Cross）、下两层（F2L，First 2 Layers）、顶层定向（OLL，Orientation of last layer）、顶层排列（PLL，Permutation of last layer）四个步骤组成。
• 本项目使用的算法来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Optimal_solutions_for_Rubik's_Cube#Thistlethwaite.27s_algorithm
• Javascript版本：https://github.com/stringham/rubiks-solver

图像采集和颜色识别

• 使用Chrome API - Navigator.getUserMedia()获取摄像头图像，并通过canvas获取元素RGB数据。
• 由于魔方六面中心位置颜色固定，摄像头采集到所有魔方颜色与这六种颜进行色比较，最接近的颜色可以判断为当前魔方格子的颜色。

细节图