Στη διπλωματική αυτή, παρουσιάζεται μια ρομποτική κατασκευή για την επίδειξη αλγορίθμων ταξινόμησης, με χρήση του εκπαιδευτικού ρομπότ της Lego, το LEGO Mindstorm NXT. Σκοπός αυτής τη επίδειξης είναι να βοηθήσει τους φοιτητές που την παρακολουθούν να κατανοήσουν καλύτερα τους τρόπους εκτέλεσης των αλγορίθμων ταξινόμησης. Το εκπαιδευτικό ρομπότ αυτό αποτελεί εμπορικό προϊόν, μη έχοντας όμως συγκεκριμένη μορφή. Αποτελείται από πολλά πλαστικά μέρη, τα οποία θυμίζουν τα κλασικά τουβλάκια της LEGO αλλά και πολλά άλλα όπως αισθητήρες, κινητήρες, γρανάζια και ρόδες. Με τη χρήση αυτών, κατασκευάστηκε ένα όχημα, το οποίο μπορεί να κινείται μόνο αριστερά-δεξιά, στο οποίο και προσαρτάται ένας αισθητήρας φωτεινότητας. Διαθέτει ακόμη έναν βραχίονα που μπορεί να κινηθεί πάνω-κάτω και στον οποίο προσαρτάται ένας αισθητήρας χρώματος. Οι αριθμοί που καλείται το ρομπότ να ταξινομήσει είναι στην ουσία κύβοι. Οι κύβοι αυτοί, είναι χρωματισμένοι στο επάνω μέρος τους με κάποιο χρώμα ενώ στην πρόσοψή τους έχει εκτυπωθεί ένας αριθμός. Το ρομπότ αναλαμβάνει να αναγνωρίσει με τον αισθητήρα χρώματος το χρώμα του κάθε κύβου και να το ταυτοποιήσει με τον αριθμό στο οποίο αντιστοιχίζεται το χρώμα αυτό. Τον αριθμό δηλαδή που είναι εκτυπωμένος στη πρόσοψη. Για την πλοήγηση του οχήματος εφαρμόζεται μια παραλλαγή της τοπολογικής πλοήγησης. Για την αντιστοίχιση των χρωμάτων με τους αριθμούς χρησιμοποιείται δειγματοληψία χρώματος και στη συνέχεια χρησιμοποιείται 1-προς-1 αντιστοίχιση χρώματος και κατάλληλου αριθμού. Τέλος, οι αλγόριθμοι ταξινόμησης που υλοποιήθηκαν ήταν οι Bubble Sort, Insertion Sort, Heap Sort, Quick Sort. Η επίδειξη των αλγορίθμων γίνεται χρησιμοποιώντας φυσικά τον βραχίονα ο οποίος μετακινεί κατάλληλα τους κύβους. Όμως για την καλλίτερη κατανόηση και για να βοηθηθούν όσοι παρακολουθούν την επίδειξη, παράλληλα της ταξινόμησης με τον βραχίονα, γίνεται χρήση κατάλληλων ηχητικών αλλά και γραπτών μηνυμάτων τα οποία προβάλλονται στην οθόνη που διαθέτει το ΝΧΤ. Τα όσα προβάλλονται στην οθόνη, χρησιμοποιώντας το προγραμματιστικό περιβάλλον Bricx, είναι δυνατόν να προβληθούν σε οθόνη υπολογιστή ή ακόμα και μέσω προβολέα εφόσον ο τελευταίος συνδέεται με υπολογιστή. Τέλος, θεωρούμε ότι το σύστημα που αναπτύχθηκε αποτελεί ένα πολύ καλό εργαλείο που μπορεί να βοηθήσει τον διδάσκοντα στη διδασκαλία των αλγορίθμων ταξινόμησης. Οι φοιτητές μπορούν μέσω της οπτικοποίησης να κατανοήσουν ευκολότερα και γρηγορότερα τους αλγορίθμους. Μελλοντικά ίσως προστεθούν και άλλοι αλγόριθμοι ταξινόμησης, να αναπτυχθεί μια γραφική διεπαφή που θα είναι ανεξάρτητη του Bricx για να προβάλλονται σε κάποια οθόνη τα όσα προβάλλονται χρησιμοποιώντας το Bricx, να χρησιμοποιηθούν διαφορετικοί τρόποι αναγνώρισης αριθμών όπως χρήση αλγορίθμων μορφολογικής επεξεργασίας και τέλος η βηματική ταξινόμηση των αλγορίθμων από κάποιον χειριστή. / --

Στη διπλωματική λύνουμε το πρόβλημα του sudoku με χρήση του εκπαιδευτικού ρομπότ της Lego, το LEGO Mindstorm NXT. Το εκπαιδευτικό ρομπότ αυτό δεν έχει συγκεκριμένη μορφή αλλά αποτελείται από αλληλοσυνδεόμενα μεταξύ τους πλαστικά μέρη. Με χρήση αυτών κατασκευάσαμε ένα όχημα που αποτελεί παραλλαγή οχήματος από άλλη εργασία. Το όχημα αυτό μπορεί να κινείται μόνο μπροστά και πίσω. Διαθέτει έναν βραχίονα που μπορεί να κινεί δεξιά-αριστερά και στον οποίο εφαρμόζεται ένας αισθητήρας φωτεινότητας. Τέλος, στον βραχίονα υπάρχει θέση για στυλό. Το πρόβλημα του sudoku που δίνεται στο ρομπότ είναι εκτυπωμένο σε ένα χαρτί Α4. Το ρομπότ αναλαμβάνει να το αναγνωρίσει με τον αισθητήρα, να το επιλύσει και να το αποτυπώσει με τη χρήση του στυλό. Για την επίτευξη αυτού του στόχου επιστρατεύονται αλγόριθμοι ρομποτικής και αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης. Συγκεκριμένα για την πλοήγηση του οχήματος εφαρμόζεται μετρική και τοπολογική πλοήγησης, στη συνέχεια για την αναγνώριση του προβλήματος και την ταυτοποίηση κάθε εικόνας που λαμβάνεται υλοποιήσαμε αλγόριθμους μορφολογικής επεξεργασία και τέλος για την επίλυση του προβλήματος sudoku υλοποιήσαμε και συγκρίναμε δύο αλγόριθμους, την αναζήτησης κατά βάθος και την αναζήτηση κατά βάθος με διάδοση περιορισμών. Οι τελικοί αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν διαπιστώσαμε ότι πετυχαίνουν το σκοπό τους αφού το όχημα αναγνωρίζει τους αριθμούς του δοσμένου προβλήματος με ποσοστό επιτυχίας 95%, λύνει τα περισσότερα προβλήματα σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο και συμπληρώνει επιτυχώς τα κελιά του sudoku με τους σωστούς αριθμούς. Πέρα από αυτές τη σύγκριση των αλγορίθμων θεωρούμε ότι η μελέτη ενός τέτοιου συστήματος είναι ιδανική για εισαγωγή σε θέματα ρομποτικής και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εκπαιδευτικό εργαλείο πειραματισμού. Μάλιστα ο κώδικας μας σχολιάζεται επαρκώς σε αυτή την εργασία για να είναι ευκολότερη η κατανόηση του. Εκτός αυτού έχουμε αναπτύξει και πρόγραμμα αλληλεπίδρασης χρήστη-ρομπότ μέσω κονσόλας. / We solve the problem of sudoku using the educational robot LEGO Mindstorm NXT, made by LEGO. This educational robot doesn't have specific form but consists of interlinked plastics. We constructed a vehicle that is a variant from another work. This vehicle can move only forward and back. It has an arm that can move side to side and is equipped with a light sensor and a marker. The problem of sudoku is given to the robot in printed form on a A4 paper. The robot at first recognize the problem with the sensor, then it resolves it and finally writes the solution down by using the pen. To achieve this goal we implemented various algorithms. Specifically, we studied robotic algorithms such as metric and topological navigation. Moreover, to identify the printed problem we processed every captured image morphologically and finally to solve the sudoku instance we implemented and compared two methods, first-depth search and first-depth search with constraint propagation. We should mention that our code is written in Java for the lejOS firmware. The final code is capable of recognizing the numbers of the given problem with a success rate of 95%, solving most problems in less than a second and completing the cells on the paper with the correct numbers. Finally, we have developed an accompanying program that is usable for debugging purposes and for calibrating the robot. Even more, it can be used as education tool.