可进行三维仿真的解魔方装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可进行三维仿真的解魔方装置。包括底座、安装在底座两侧的支撑柱、安装板、摄像头和控制器；两侧的支撑柱与底座之间各安装有一安装板，两个安装板相对安装且均与水平面呈45°角，两个安装板上均安装有用于抓取固定魔方的机械手机构，其中一侧的支撑柱顶部安装有摄像头，摄像头朝向魔方；底座上安装有控制器，控制器分别与两个安装板上的机械手机构和摄像头连接进行控制。本发明专利技术能进行魔方三维运动模拟，结构简单有效，其成本较低，有利于产品商业化，可应用于教学，有利于教学推广；从教学角度考虑，能提高对机电系统仿真与控制基础知识的掌握，并提高参与积极性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及了一种解魔方装置，特别是涉及一种可进行三维仿真的解魔方装置，可对魔方还原过程进行三维仿真和复原。技术背景传统魔方需要借助人脑进行计算，最终通过手工进行还原。近些年来随着机电控制技术和机器人技术的发展，在综合利用计算机强大的数据计算能力和机械手灵活运动能力的条件下，市场上出现了一些解魔方机器人。在申请专利号为2012101895128和2013101353627的专利中公开的解魔方机器人，分别在与智能手机的深度融合和人工交互
有较多的研究，其智能化程度较高。但在其功能方面还存在某些不足：现有解魔方机器人不能进行三维运动模拟，只有当机械手实际执行完所有动作后才能观察结果，无法对魔方求解方法、控制姿态换算与优化结果进行虚拟验证，使用时可能由于方法错误引起装置的损坏。智能化程度的提高将导致产品设计更为复杂，虽有利于产品商业化，但从教学角度考虑，并不能提高学生对机电系统仿真与控制基础知识的掌握，反而由于系统过于复杂降低了学生尝试的积极性。复杂产品其成本较高，也就提高了教学成本，不利于教学推广。
技术实现思路
为了解决现有解魔方机器人存在的上述不足，本专利技术提出了一种可进行三维仿真的解魔方装置。本专利技术所采取的技术方案如下：本专利技术包括底座、安装在底座两侧的支撑柱、安装板、摄像头和控制器；两侧的支撑柱与底座之间各安装有一安装板，两个安装板相对安装且均与水平面呈45°角，两个安装板上均安装有用于抓取固定魔方的机械手机构，其中一侧的支撑柱顶部安装有摄像头，摄像头朝向魔方；底座上安装有控制器，控制器分别与两个安装板上的机械手机构和摄像头连接进行控制。所述的安装有摄像头一侧的支撑柱高于另一侧的支撑柱。所述的机械手机构包括机械手、夹头、回转平台、回转舵机和开合舵机；回转平台固定在安装板的底面，机械手底部穿过安装板经回转平台与回转舵机固定连接；开合舵机固定在机械手上，开合舵机的输出轴与机械手一侧的驱动臂的旋转轴连接，机械手顶部的两个手爪端各安装有一个夹头，两个夹头夹紧魔方两侧。所述的回转平台包括机械手安装板、回转轴承、舵机输出轴联接板、回转轴承安装板、回转舵机安装板、第一连接螺钉和第二连接螺钉；两块回转轴承安装板和回转舵机安装板通过第二连接螺钉平行依次安装在安装板底面，两块回转轴承安装板中心通过回转轴承套接有相互平行的机械手安装板和舵机输出轴联接板，回转轴承外圈安装在两块回转轴承安装板之间，回转轴承内圈通过第一连接螺钉固定连接在机械手安装板和舵机输出轴联接板之间；回转舵机固定在回转舵机安装板中心，机械手底部穿过安装板与机械手安装板固定连接，舵机输出轴联接板底面的中心轴与回转舵机的输出轴同轴固定连接，通过回转轴承内圈的过渡连接作用实现机械手与回转舵机的输出轴联动。所述的夹头呈L形，夹头L形的一边固定在机械手顶部的手爪端上，另一边夹在魔方侧面。所述的夹头L形夹在魔方侧面一边的高度为魔方中一个方块的边长，夹头L形的长度大于魔方中一个方块的边长，且小于三个方块的总边长。所述的控制器分别与两侧机械手机构的回转舵机和开合舵机连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术能顺利完成解魔方全过程，且结构简单有效，成本较低，有利于产品商业化，可应用于教学，有利于教学推广。本专利技术有效的使用了仿真技术，能对解魔方的整个过程进行计算机模拟，可完成魔方色块分布识别方法验证、魔方求解方法验证、控制姿态换算与优化结果的验证，避免在机械执行装置上验证时由于方法错误引起装置损坏。本专利技术有机结合了虚拟样机技术、动力学运动学分析、信息、电子控制、机械设计等多重学科知识，对工科尤其是机械学科，有较强的教学性；从教学角度考虑，简单的结构能增强对机电系统仿真与控制基础知识的展示效果，提高学生参与积极性。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。图2是本专利技术的回转平台结构及其安装示意图。图3是本专利技术的工作原理流程图。图中：1、底座，2、支撑柱，3、回转舵机，4、回转平台，5、开合舵机，6、机械手，7、夹头，8、安装板，9、摄像头，10、控制器，11、机械手安装板，12、回转轴承，13、舵机输出轴联接板，14、回转轴承安装板，15、回转舵机安装板，16、第一连接螺钉，17、第二连接螺钉。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术包括底座1、安装在底座1两侧的支撑柱2、安装板8、摄像头9和控制器10；两侧的支撑柱2与底座1之间各安装有一安装板8，两个安装板8相对安装且均与水平面呈45°角，两个安装板8对称安装，两个安装板8上均安装有用于抓取固定魔方的机械手机构，其中一侧的支撑柱2顶部安装有摄像头9，摄像头9朝向魔方；底座1上安装有控制器10，控制器10分别与两个安装板8上的机械手机构和摄像头9连接进行控制。如图1所示，安装有摄像头9一侧的支撑柱2高于另一侧的支撑柱2。如图1和图2所示，机械手机构包括机械手6、夹头7、回转平台4、回转舵机3和开合舵机5；回转平台4固定在安装板8的底面，回转舵机3固定在回转平台4底部，机械手6底部穿过安装板8经回转平台4与回转舵机3固定连接，实现机械手6与回转舵机3同步转动；开合舵机5固定在机械手6上，开合舵机5的输出轴与机械手6一侧的驱动臂的旋转轴连接，机械手6顶部的两个手爪端各安装有一个夹头7，两个夹头7夹紧魔方两侧，开合舵机5控制机械手6的手爪端的开合，从而带动两个夹头7的开合。控制器10分别与两侧机械手机构中的两个回转平台4和两个回转舵机3和开合舵机5连接。如图2所示，回转平台4包括机械手安装板11、回转轴承12、舵机输出轴联接板13、回转轴承安装板14、回转舵机安装板15、第一连接螺钉16和第二连接螺钉17。两块回转轴承安装板14和回转舵机安装板15通过第二连接螺钉17平行依次安装在安装板8底面，两块回转轴承安装板14中心通过回转轴承12套接有相互平行的机械手安装板11和舵机输出轴联接板13，回转轴承12外圈安装在两块回转轴承安装板14之间，回转轴承12内圈通过第一连接螺钉16固定连接在机械手安装板11和舵机输出轴联接板13之间；回转舵机3固定在回转舵机安装板15中心，机械手6底部穿过安装板8与机械手安装板11固定连接，舵机输出轴联接板13底面的中心轴与回转舵机3的输出轴同轴固定连接，通过回转轴承内圈的过渡连接作用实现机械手6与回转舵机3的输出轴联动。如图1所示，夹头7呈L形，L形正好夹持在魔方的棱边上，夹头7的L形的一边固定在机械手6顶部的手爪端上，另一边夹在魔方侧面。夹头7的L形另一边的高度略小于魔方中一个方块的边长，夹头7的L形的长度大于魔方中一个方块的边长，且长度小于三个方块的总边长，这样使得两个夹头7能分别夹持住魔方相邻的两个侧面，并通过回转舵机3带动旋转而对魔方中的一层进行旋转。控制器10分别与两侧机械手机构的回转舵机3和开合舵机5连接。本专利技术底座1和支撑柱2由铝合金型材拼装完成，控制器10固定在底部侧边型材上。...

【技术保护点】
一种可进行三维仿真的解魔方装置，其特征在于：包括底座（1）、安装在底座（1）两侧的支撑柱（2）、安装板（8）、摄像头（9）和控制器（10）；两侧的支撑柱（2）与底座（1）之间各安装有一安装板（8），两个安装板（8）相对安装且均与水平面呈45°角，两个安装板（8）上均安装有用于抓取固定魔方的机械手机构，其中一侧的支撑柱（2）顶部安装有摄像头（9），摄像头（9）朝向魔方；底座（1）上安装有控制器（10），控制器（10）分别与两个安装板（8）上的机械手机构和摄像头（9）连接进行控制。

【技术特征摘要】
1. 一种可进行三维仿真的解魔方装置，其特征在于：包括底座（1）、安装在底座（1）两侧的支撑柱（2）、安装板（8）、摄像头（9）和控制器（10）；两侧的支撑柱（2）与底座（1）之间各安装有一安装板（8），两个安装板（8）相对安装且均与水平面呈45°角，两个安装板（8）上均安装有用于抓取固定魔方的机械手机构，其中一侧的支撑柱（2）顶部安装有摄像头（9），摄像头（9）朝向魔方；底座（1）上安装有控制器（10），控制器（10）分别与两个安装板（8）上的机械手机构和摄像头（9）连接进行控制。
2. 根据权利要求1所述的一种可进行三维仿真的解魔方装置，其特征在于：所述的安装有摄像头（9）一侧的支撑柱（2）高于另一侧的支撑柱（2）。
3. 根据权利要求1所述的一种可进行三维仿真的解魔方装置，其特征在于：所述的机械手机构包括机械手（6）、夹头（7）、回转平台（4）、回转舵机（3）和开合舵机（5）；回转平台（4）固定在安装板（8）的底面，机械手（6）底部穿过安装板（8）经回转平台（4）与回转舵机（3）固定连接；开合舵机（5）固定在机械手（6）上，开合舵机（5）的输出轴与机械手（6）一侧的驱动臂的旋转轴连接，机械手（6）顶部的两个手爪端各安装有一个夹头（7），两个夹头（7）夹紧魔方两侧。
4. 根据权利要求3所述的一种可进行三维仿真的解魔方装置，其特征在于：所述的回转平台（4）包括机械手安装板（11）、回转轴承（12）、舵机输出轴联接板（13）、回转轴承安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宇，舒贻胜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33