一、文献综述
1.国内外研究现状
魔方不仅是益智玩具，又是运动用品和教学用具。魔方竞技逐步向复合型手、眼、脑协调运用等多样化脑力运动方向发展[1]。2010年10月，机器人Cubinator在18.2秒内还原魔方，成为当时世界上还原魔方速度最快的机器人。2011年6月由澳大利亚墨尔本斯威本科技大学研制的机器人Ruby还原解魔方仅用了10.18秒，并打破上述记录。随着计算机技术和人工智能等技术的发展，将魔方与智能机器人的结合，在科普领域取得了突破性的进展。还原魔方机器人是智能化机器人的一个全方面体现，对其算法和机构的研究也成为机器人技术的十分重要的研究内容，解魔方机器人整体的架构和多种变型模式也是近几年来的热点[2]。
在英国举行的大爆炸博览会(Big Bang Fair)上，ARM的两位工程师David Gilday、Mike Dobson示范了新型机器人“Cubestormer 3”是如何闪电般还原魔方的。有趣的是，这次表演并不是机器人单独完成的，而是配合了一部Exynos八核心的三星Galaxy S4。在吉尼斯世界记录工作人员的见证下，Cubestormer 3启动，仅仅用了3.253秒钟就搞定了魔方[3]。S4在这里的作用是分析魔方的色块位置，确定还原步骤，然后指导机器人完成任务。不知道换了高通、NVIDIA、Intel或者苹果的处理器会怎么样？
David Gilday表示，这套系统最难的地方是改善Cubestormer 3与手机之间的通讯，而开发魔方还原软件和调整机械协作是两码事儿，涉及魔方卡住、机器损坏的危险。Cubestormer 3是该系列机器人的第三代，上一代的魔方还原记录还是5.27秒，这次一下子缩短了38%。人类的记录则是Mats Valk去年创造的5.55秒，差距瞬间拉开[4]。
世界各地的公司和魔方爱好者都生产了各种魔方机器人, 最快的解决魔方机器人'SUB1重装'0.637秒恢复三阶魔方,并创造吉尼斯世界纪录的魔方。
2.研究主要成果
作为魔方机器人的核心技术，进入二十一世纪机器视觉属于新兴的领域,再加之机器视觉产品的普及不够,导致的应用非常的少。即使有的,也是相对的比较低端的应用。在国内,这个行业的发展仍处于'婴儿'成长期[5]。有机会接触到外国较先进的视觉系统的人,少之又少。机器视觉的国内基本现状分析如下:日前随着我国配套基础建设的不断完善,技术、资金也得到了不断的积累,各行各业对采用图像和机器视觉技术的工业自动化、智能化需求开始大量的岀现,国内有关大学院校、研究所和企业近几年来,在图像和机器视觉技术领域进行了积极思索和大胆的尝试,逐步开始了工业现场的应用。国内现在在应用机器视觉的企业再慢慢加多。这些公司都是从国外或是中国台湾引进成套的设备中带有机器视觉系统,由于这些设备的引进,随之也就带动了国内机器视觉的发展,加上现在很多的国外境内企业开始了本地化的采购计划,所以国内目前从事机器视觉系统集成的公司开始也开始慢慢的活跃起来。这样一来,机器视觉在半导体、电子、计算机配件、消费品、食品、汽车、冶金、包装、制药等行业得到了应用,这些工业应用和别的国家基本一致图[6]。但必须指出的是:因为在中国人力资源丰富且廉价,有的厂商宁愿使用人工来取得较好的效果,而不是每一个大的厂商都安装视觉系统,真正高端的应用还很少。因此,以上相关行业的应用空间还比较大。在未来的几年内,随着中国加工制造业的发展,中国集成电路和半导体需求的大量增加,对于机器视觉的需求也逐渐增多;随着机器视觉产品的增多,技术的提高,国内机器视觉的应用状况将由初期的低端转向高端。由于机器视觉的介入,自动化将朝着更智能、更快速的方向发展图[7]。
目前现在存在的魔方机器人主要有3种类型
