一种四阶魔方复原机器人制造技术

本实用新型专利技术涉及自动解魔方机器人设备，具体为一种四阶魔方复原机器人；其包括：底板，计算机控制系统和颜色识别器，在底板上安装有底座，底座上设有的魔方九轴连接器用于安装传动系统，四阶魔方复原机器人的操作系统分为三个模块，分别为X向旋转模块、Y向旋转模块、Z向旋转模块，三个旋转模块均设有单独的安装模式相同动力系统安装架，在动力系统安装架上固定有三个步进电动机和与各步进电动机相对应的转轴，转轴上安装有凸轮结构；其有益效果为：将机械爪的驱动方式转换为特殊凸轮的驱动方式，简化了传动系统，四阶魔方的每条旋转边可单独提供旋转动力，相互之间不产生干涉，传动方式简单，有效的缩短了四阶魔方的复原操作时间。

A four order magic cube restoration robot

The utility model relates to an automatic solution of cube robot equipment, in particular to a four order cube robot; which comprises a bottom board, the computer control system and color recognition device, a base installed on the base plate is arranged on the base of the cube nine axis connector for mounting transmission system, operating system of four order cube robot is divided into three a module is respectively X rotating module, Y module, Z rotating rotating module, three rotating modules are provided with mounting modes of the same power system separate mounting bracket, three stepper motor and stepper motor and the corresponding power system of the rotary shaft is fixed on the mounting frame, are mounted on the rotating shaft cam structure; the utility model has the advantages that will drive mechanical claw into special cam driving mode, simplify the transmission system, each side rotating cube can order four single It provides the rotation power only, without interference between each other, the transmission mode is simple, and the recovery operation time of the four order magic cube is effectively shortened.

【技术实现步骤摘要】
一种四阶魔方复原机器人
本技术涉及自动解魔方机器人设备，具体为一种四阶魔方复原机器人。
技术介绍
魔方玩具是目前最为流行的智力玩具之一，复原任意初态的魔方公认具有相当的难度，四阶魔方被认为是2-5阶魔方中最不好复原的，虽然五阶魔方的变化种类比四阶多，但是四阶魔方的中心块并不固定，也就不能用一般的方法进行复原。四阶魔方总共有8个角块，24个边块和24个中心块。由56个方块组成，即约7401*10^45种。24个边块不能进行随意换位，而每一组颜色相同的两块边块是有区别的，因为边块关系到两个面的颜色。所以边块的变化总数总共有24！种。由于在空间变幻中状态相同而颜色不同的状态会被重复计算，所以真正的状态数还应该除以24。因此出现了通过机器解算自动还原魔方的技术。将能够取代人工操作、自动复原魔方的机构简称作“魔方机器人”。解魔方机器人将机器人作为载体，应用人工智能技术解决魔方还原问题。现有市场复位魔方的机器人一般为三阶魔方复原机器人。如申请号为201510013273.4所设计的“一种四面对称结构的魔方机器人”，魔方被放置在四个结构对称的基本执行单元中，其通过支脚架两两垂直固定，并一同被固定在底盘上，形成一个对称且稳定的四边形结构。两个支脚架顶端装有手机固定调节支架用以固定智能手机，四组基本执行单元中含有电机、舵机、配套齿轮及连杆组成的机构，能够同时控制机械爪的旋转和开闭，实现拧动魔方。经分析，该魔方机器人只能对三阶魔方进行复原，对三阶以上的魔方复原时，其传动系统需重新改变，采用该传动系统机械爪的运动会产生相互干涉，无法实现三阶以上魔方的复原。因此设计了一种四阶魔方复原机器人，将机械爪的驱动方式转换为特殊凸轮的驱动魔方方式，同时其传动系统更加简化，四阶魔方的每条旋转边可单独提供旋转动力，相互之间不产生干涉，传动方式简单，有效的缩短了四阶魔方的复原操作时间。
技术实现思路
本技术提供了一种四阶魔方复原机器人，有效的解决了现有技术中存在的四阶魔方复原难度大的问题，通过采用九轴联动和特殊的凸轮驱动方式，使得安装在该装置上的四阶魔方每条选转边可单独旋转，相互不产生干涉，传动方式简单，达到了缩短四阶魔方复原操作时间的目的。为实现上述目的，本技术采用的技术方案具体如下：一种四阶魔方复原机器人，包括：用于安装固定四阶魔方复原机器人的底板1，在底板1上安装有计算机控制系统2和颜色识别器3，其特征在于：在底板1上安装有底座4，底座4上设有的魔方九轴连接器401用于安装传动系统，并且魔方九轴连接器401顶端设有用于固定四阶魔方22的魔方单块固定座402，四阶魔方复原机器人的操作系统分为三个模块，分别为X向旋转模块5、Y向旋转模块6、Z向旋转模块7，三个旋转模块均设有单独的、安装模式相同动力系统安装架8，在动力系统安装架8上固定有三个步进电动机，分别为：第一步进电动机9、第二步进电动机10、第三步进电动机11，与各步进电动机相对应的第一转轴12、第二转轴13和第三转轴14另一端安装于魔方九轴连接器401上；第一转轴12上固定安装有第一凸轮15，且其上通过两个轴承分依次安装有第一凸轮组16和第二凸轮组17，两个凸轮组均由从动齿轮18和第二凸轮19组成，第一凸轮组16由安装在第二转轴13上的主动齿轮20驱动，第二凸轮组16由安装在第三转轴14上的主动齿轮20驱动。所述第一凸轮15和第二凸轮19上均设有与魔方单块距离相对应的卡齿21，每两个相邻的卡齿21之间的距离为魔方单阶的宽度，通过卡齿21驱动魔方整边旋转。所述X向旋转模块5、Y向旋转模块6、Z向旋转模块7传动模式相同，分别安装与魔方三个两两相互垂直的面上，使得对魔方的旋转位置不同。所述第一凸轮组16和第二凸轮组17上的从动齿轮18和第二凸轮19相互固定，旋转同步。本技术的有益效果为：一、采用三个旋转模块九个步进电动机的传动方式，每一条魔方旋转边可以单独旋转，避免了传动过程中传动系统干涉问题。采用魔方角块固定座结构，将魔方的直角顶点处的一块魔方进行固定，使得其附带的三个选转边进行固定，减少了魔方旋转量和传动系统，达到了缩短四阶魔方复原操作时间的目的。采用特殊的凸轮结构，只通过旋转驱动魔方每条边的旋转，与机械手的加紧旋转相比，简化了单块的传动系统，进而优化魔方机器人的整体传动系统。附图说明图1是本技术的整体安装结构示意图；图2是本技术魔方复原传动结构示意图；图3是本技术X向旋转模块结构图；图4是本技术X向旋转模块结构图二；图5是本实用型底座结构示意图；图6是本技术第一凸轮结构示意图；图7是本技术凸轮组结构示意图；图8是魔方转动原理图。图中所示：底板1、计算机控制系统2、颜色识别器3、底座4、魔方九轴连接器401、魔方角块固定座402、X向旋转模块5、Y向旋转模块6、Z向旋转模块7、动力系统安装架8、第一步进电动机9、第二步进电动机10、第三步进电动机11、第一转轴12、第二转轴13、第三转轴14、第一凸轮15、第一凸轮组16、第二凸轮组17、从动齿轮18、第二凸轮19、主动齿轮20、卡齿21、四阶魔方22。具体实施方式下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本技术的技术方案：实施例1如图1-2所示的一种四阶魔方复原机器人，由底板1、计算机控制系统2、颜色识别器3、底座4、X向旋转模块5、Y向旋转模块6、Z向旋转模块7、组成，X、Y、Z向旋转模块其传动结构为相同结构，均由：动力系统安装架8、第一步进电动机9、第二步进电动机10、第三步进电动机11、第一转轴12、第二转轴13、第三转轴14、第一凸轮15、第一凸轮组16、第二凸轮组17、从动齿轮18、第二凸轮19、主动齿轮20组成。在底板1上安装有计算机控制系统2和颜色识别器3，如图1所示。在机器人进行魔方复位之前，需将四阶魔方放置在颜色识别器3上进行模型识别，颜色识别器3将扫描的到的图案杂乱的四阶魔方传输到计算机控制系统2中，计算机控制系统2进行模型重组，并且计算出最优的旋转步数和最少的魔方复位程序。四阶魔方复位机器人的支撑结构为底座4和动力系统安装架8。底座4为圆柱结构，其上安装有正方体结构的魔方九轴连接器401，底座4圆柱轴线位置与魔方九轴连接器401正方体的某一对角线重合。魔方九轴连接器401用于安装和支撑转动系统，故其上设有转轴安装孔。在魔方九轴连接器401的顶端安装有魔方单块固定座402，魔方单块固定座402用于固定四阶魔方直角处的单个魔方，其安装面与魔方九轴连接器401相互平行。其整体结构如图5所示。四阶魔方复原机器人的操作系统分为三个模块，分别为X向旋转模块5、Y向旋转模块6、Z向旋转模块7，每一个模块的设有三个传动装置。当四阶魔方固定的直角单块固定与魔方角块固定座402上后，其XYZ向只有未固定的三阶魔方可以旋转，因此每一个旋转方向上只设有三个传动装置，并且三个传动装置的传动结构和传动原理相同，安装方向于魔方九轴连接器401相对应。以X向旋转模块5传动系统为例进行说明。其结构如图3和图4所示，在动力系统安装架8上固定有三个步进电动机，分别为：第一步进电动机9、第二步进电动机10、第三步进电动机11。与各步进电动机相对应的第一转轴12、第二转轴13和第三转轴14另一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四阶魔方复原机器人，包括：用于安装固定四阶魔方复原机器人的底板(1)，在底板(1)上安装有计算机控制系统(2)和颜色识别器(3)，其特征在于：在底板(1)上安装有底座(4)，底座(4)上设有的魔方九轴连接器(401)用于安装传动系统，并且魔方九轴连接器(401)顶端设有用于固定四阶魔方(22)的魔方单块固定座(402)，四阶魔方复原机器人的操作系统分为三个模块，分别为X向旋转模块(5)、Y向旋转模块(6)、Z向旋转模块(7)，三个旋转模块均设有单独的安装模式相同的动力系统安装架(8)，在动力系统安装架(8)上固定有三个步进电动机，分别为：第一步进电动机(9)、第二步进电动机(10)、第三步进电动机(11)，与各步进电动机相对应的第一转轴(12)、第二转轴(13)和第三转轴(14)另一端安装于魔方九轴连接器(401)上；第一转轴(12)上固定安装有第一凸轮(15)，且其上通过两个轴承分依次安装有第一凸轮组(16)和第二凸轮组(17)，两个凸轮组均由从动齿轮(18)和第二凸轮(19)组成，第一凸轮组(16)由安装在第二转轴(13)上的主动齿轮(20)驱动，第二凸轮组(16)由安装在第三转轴(14)上的主动齿轮(20)驱动。...

【技术特征摘要】
1.一种四阶魔方复原机器人，包括：用于安装固定四阶魔方复原机器人的底板(1)，在底板(1)上安装有计算机控制系统(2)和颜色识别器(3)，其特征在于：在底板(1)上安装有底座(4)，底座(4)上设有的魔方九轴连接器(401)用于安装传动系统，并且魔方九轴连接器(401)顶端设有用于固定四阶魔方(22)的魔方单块固定座(402)，四阶魔方复原机器人的操作系统分为三个模块，分别为X向旋转模块(5)、Y向旋转模块(6)、Z向旋转模块(7)，三个旋转模块均设有单独的安装模式相同的动力系统安装架(8)，在动力系统安装架(8)上固定有三个步进电动机，分别为：第一步进电动机(9)、第二步进电动机(10)、第三步进电动机(11)，与各步进电动机相对应的第一转轴(12)、第二转轴(13)和第三转轴(14)另一端安装于魔方九轴连接器(401)上；第一转轴(12)上固定安装有第一凸轮(15)，且其上通过两个轴承分依次安装有第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴，冯宇龙，赵红伟，徐云峰，王雅萍，高有德，王娇娇，王刚琪，杨茂德，徐文斌，姚亮，朱裕玺，蒋文强，万彦斌，韩国基，米跃龙，艾翔，张依婷，陈明月，
申请(专利权)人：陈兴，
类型：新型
国别省市：甘肃,62