冒泡排序算法演示装置的设计与实现 / 王浩璇 陆思良 刘永斌 舒玉恒

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1. 安徽大学电气工程与自动化学院2. 合肥磐石自动化科技有限公司 引言随着科技的不断发展， 科普展览的智能化水平也在不断提高。近年来，智能机器人技术逐渐成为展示的热点，其在展示智能化技术的同时，还能与观众进行交互， 让观众亲身体验新技术给日常生活带来的改变。

排序是指一串记录按照其中的某个或某些关键字的大小，以递增或递减的形式排列。该操作在自动控制、网页搜索、数字办公中大量使用。 排序算法就是如何使得数据按照要求排列的方法。 冒泡排序法是排序算法中的一种，它的算法思想是：从数组中的第一个数开始，依次遍历数组中的每一个数，通过相邻比较交换， 每一轮循环下来找出剩余未排序数中的最大数并“冒泡”至数列的顶端。

算法是当今智能领域的技术核心， 但算法的学习过程非常枯燥，对于初学者而言难度很大。本文所介绍的冒泡排序算法演示装置， 利用机械臂组成机械装置，完成待排序物块的调换，并借助传感器进行光电检测，通过电脑端进行图像处理，最终实现对冒泡排序算法的直观演示。

展台模块如图3所示，展台模块由摄像头、待排序物块和支架组成。待排序物块均匀地排列在支架上，以其体积大小作为排序依据。 摄像头位于待排序物块的正上方，对待排序物块进行拍摄，采集待排序物块的体积大小。经过电脑图像处理，将待排序物块的顺序信息输送给控制器。

机械臂模块如图 4所示，机械臂模块由舵机、丝杠电机、升降平台、控制器、光轴、T型手臂和机械爪组成。机械爪与 T型手臂相连，其中心间距与相邻两个待排序物块的中心间距相同，通过电机把动力传给丝杠，丝杠带动螺母进行位移。机械爪具有多个自由度，使其运动自如，提高了作业的效率。T型手臂与升降平台上的舵机相连，可在竖直方向上进行旋转，实现待排序物块的位置调换。 升降平台的升降由丝杠电机实现，丝杠电机与两根光轴在平台上成三角形放置。控制器则与电脑、舵机、丝杠电机、驱动电机、红外循迹传感器相连。2.3 移动平台模块

如图 5所示，移动平台模块由轨道、标记、机器人底座、轮子、红外循迹传感器、驱动电机和V槽轮组成。 其中，标记位于两根轨道的中间，相邻两个标记的间距为相邻两个待排序物块的中心间距。 驱动 2.2 图 3 展台模块 图 4 机械臂模块 图 5 移动平台模块

电机位于机器人底座上，用于水平方向的移动。红外循迹传感器则位于机器人底座的前端， 用于检测标记及定位。

演示装置的软件程序3.1 图像处理方法（1）图像灰度化处理摄像头采集的图像一般为 RGB色彩模式，必须进行图像灰度化处理，以减小原始数据量，便于后续处理。 灰度是指色彩的浓淡程度， 约为 0~255（0为黑色，255 为白色）。 彩色图像进行图像灰度化处理后，虽然减少了图像信息，丢失了一些颜色等级，但是从整体来看， 灰度图像的描述与彩色图像基本