随着信息技术的飞速发展,智能机器人技术受到了广泛的关注,并且还越来越多的应用到日常生活中。在很多领域都出现了由智能机器人代替人类执行相应任务,特别是很多高难度、高危领域,对机器人智能化的要求更高。因此,本课题为了适应机器人智能化的发展趋势,采用益智类机器人作为研究对象,研究设计了三阶魔方的还原过程。魔方机器人控制系统由上位机、下位机和机械执行机构三部分组成。上位机采用计算机VC++6.0平台,设计魔方6面信息录入界面,实现魔方还原算法,使用MScomm控件完成与FPGA的串行通信,传输解魔方指令。下位机部分采用FPGA控制系统,设计串行通信模块、指令存储和执行模块以及8路舵机控制模块。机械执行机构采用上下左右分布的四臂八舵机结构,每个机械臂可完成顺、逆时针旋转以及伸缩动作,而前后两面的旋转则通过魔方整体旋转的方式转化为左右面解决。魔方还原算法采用了深度优先搜索算法,使用TM(Thistlethwaite Method)、最优性剪枝等优化算法编写解魔方程序,以期求得较少的还原步骤。最后,通过优化魔方旋转的指令系统,大大减少了机械臂实际旋转的动作数量,提升了魔方还原的速度。本文首先完成了对魔方机器人的整体系统设计,然后从硬件和软件两方面进行了模块化设计,还对魔方还原的控制算法进行了深入研究,最后通过反复调试实现了机器人解三阶魔方的整个过程。