解魔方机器人是一个融合了机器人视觉、图像处理技术、机器人控制技术和魔方还原算法等多学科知识的机电一体化平台。解魔方机器人因其具有较强的趣味性、交互性和挑战性,近年来已成为人工智能的研究热点之一。本文设计了一款可以将任意打乱的三阶魔方还原的双臂解魔方机器人,并制作了样机。该机器人使用红米note1手机作为主控制器运行安卓系统,以STM32单片机作为辅助控制器控制舵机的运行,两者之间通过蓝牙实现数据通信。不同于以往解魔方机器人基于RGB颜色空间进行颜色识别的方式,本文在颜色识别中引入KNN分类算法,消除了光照强度对颜色识别的影响,其颜色识别率接近100%;采用目前世界上还原步数最少的算法——二阶段算法,将任何状态下的三阶魔方还原步数控制在21步以内,比其他还原算法更具优势;为了解决二阶段算法求解时间过长的问题,本文采用了“限时取解”的方法对算法进行了优化;对于算法得到的还原指令,解魔方机器人采用五叉树模型进行优化,平均优化比例达到了31.7%,其优化效果较为显著;解魔方机器人采用舵机作为驱动部件,将数控系统中的脉冲增量插补的思想运用到舵机的速度控制上,解决了机器人结构干涉的问题,实现了舵机的连续速度调节,使得双臂解魔方机器人在运行速度和稳定性之间达到了很好平衡。实验测试结果显示:该解魔方机器人能够在70S以内对任意状态下的三阶魔方进行还原,达到了预期的设计目标。本文所采用的设计与优化方法,解决了机器人自由度不足的问题,缩短了还原步数,对相关机器人的研发具有较高的参考价值。