一种自感应式三阶金字塔魔方及复原方法技术

本公开提供了一种自感应式三阶金字塔魔方及复原方法，涉及益智玩具技术领域，包括设于魔方内部的控制模块、电源模块和舵机，每个驱动块对应有一台舵机，每个舵机周围分布有三个依次相隔120°的检测元件，且所述驱动块内分布有两个相隔120°的磁性元件，所述检测元件通过感应磁性元件所在的位置确定驱动块的旋转角度，并实时发送给控制模块；所述控制模块实时记录各个驱动块的旋转轨迹，当检测元件信号在预设时间段内没有发生变化时，控制模块控制舵机带动驱动块转动，实现魔方的倒序复原或自解算复原；本公开实现了魔方转动角度的实时采集和记录，同时还实现了魔方当前状态的实时计算，集倒序复原、自主寻优复原于一体，提高了用户体验。

A self sensing third-order pyramid cube and its restoration method

【技术实现步骤摘要】
一种自感应式三阶金字塔魔方及复原方法
本公开涉及益智玩具
，特别涉及一种自感应式三阶金字塔魔方及复原方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。三阶金字塔魔方是一种四面体异型魔方。三阶金字塔魔方包括中轴、外角块、内角块和棱块。其设有四根连杆。每一根连杆的中部可转动地安装有内角块,端部可转动地安装有外角块。内角块的底部设有凹面,凹面内设置三段滑道。棱块安装于相邻的两个内角块之间。棱块的底部设有两个卡脚，两个卡脚分别卡接相邻的两个内角块的滑内，从而棱块之相邻的内角块同步转动。本公开专利技术人发现，(1)现有的解魔方的方式主要为采用外在的解魔方机器人夹紧魔方后进行魔方复原，但是这种解魔方机器人一般比较笨重，使用不便，更重要的是，现有的解魔方机器人一般占用体积较大，转臂无法折叠起来，导致运输或闲置时，造成了大量的空间浪费，而且解魔方机器人目前只用于一般的三阶魔方，对于三阶金字塔魔方这种异构魔方，复原过程中无法实现有效的复原，从而极大的降低了魔方复原的效率；(2)现有技术中，有研究人员通过设计三阶金字塔的智能中轴，通过同时对每个内角块和外角块同时进行角度检测来实现轨迹检测，这不仅增加了检测难度，而且需要布置至少二十组传感器来实现对各个角块的转动角度检测，使得魔方内部结构拥挤，不仅容易相互干扰，还可能影响魔方的正常运转。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种自感应式三阶金字塔魔方及复原方法，无需外界设备的配合即可快速的实现自复原，只需对四个驱动块进行转动角度的检测，无需监控每个角块，极大的节省了魔方内部空间，使得内部电子结构的添加不影响魔方的转动，提高了用户体验。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：本公开第一方面提供了一种自感应式三阶金字塔魔方。一种自感应式三阶金字塔魔方，包括四个角块，每个角块对应有一个驱动块，包括设于魔方内部的控制模块、电源模块和舵机，所述电源模块用于给各个用电模块供电，每个驱动块对应有一台舵机，并与舵机的转轴连接，所述驱动块与角块活动连接；每个舵机周围分布有三个依次相隔120°的检测元件，且所述驱动块内分布有两个相隔120°的磁性元件，所述检测元件通过感应磁性元件所在的位置确定驱动块的旋转角度，并实时发送给控制模块；所述控制模块分别与舵机和检测元件通信连接，并实时记录各个驱动块的旋转轨迹，当检测元件感应到的信号在预设时间段内没有发生变化时，控制模块控制舵机带动驱动块转动，实现魔方的倒序复原或自解算复原。本公开第二方面提供了一种自感应式三阶金字塔魔方的复原方法。一种自感应式三阶金字塔魔方的复原方法，利用本公开第一方面所述的自感应式三阶金字塔魔方，包括以下步骤：构建原点位于金字塔魔方几何中心的坐标系，四个方向的坐标轴分别穿过一个角块的几何中心，将检测元件检测到的各驱动块转动角度转换为运动序列；对魔方进行平面展开后，对每个块体进行编号，得到魔方平面展开的初始状态矩阵；根据各驱动块的运动序列和初始状态矩阵，确定魔方经过旋转后的当前状态矩阵；根据当前状态矩阵计算最优还原运动序列，并按照最优还原运动序列进行魔方复原。与现有技术相比，本公开的有益效果是：1、本公开所述的三阶金字塔魔方及复原方法，无需外界设备的配合即可快速的实现自复原，只需对四个驱动块进行转动角度的检测，无需监控每个角块，极大的节省了魔方内部空间，使得内部电子结构的添加不影响魔方的转动，无需外置设备进行控制，操作者只需打乱魔方然后魔方即可实现自复原，易于初学者使用，提高了用户体验。2、本公开所述的三阶金字塔魔方及复原方法，魔方控制系统平时处于待机状态，只有位置检测系统正常工作，当检测元件的信号发生变化时，激活控制系统，开始记录魔方的转动轨迹，当检测元件的信号在预设时间段内未发生变化时，控制系统认为魔方转动完毕，此时开始控制舵机进行自复原，通过自感应的方式，能够始终保持魔方在不用时自行复原倒初始状态，从而方便下一次使用，无需重新进行魔方顺序。3、本公开第二方面提供的自感应式三阶金字塔魔方的复原方法，通过构建分别朝向金字塔魔方角块几何中心的四个方向的坐标系，实现了各个魔方块体的定位标记，结合各个驱动块的运动序列和初始状态矩阵，得到了魔方的当前状态矩阵，从而能够快速的进行轨迹寻优以得到最佳的复原轨迹。附图说明图1为本公开实施例1提供的自感应式三阶金字塔魔方的整体示意图。图2为本公开实施例1提供的自感应式三阶金字塔魔方的局部拆解图。图3为本公开实施例1提供的自感应式三阶金字塔魔方的爆炸图。图4为本公开实施例1提供的自感应式三阶金字塔魔方的驱动块和霍尔传感器位置示意图。图5为本公开实施例1提供的自感应式三阶金字塔魔方的驱动块位置检测原理示意图。图6为本公开实施例1提供的自感应式三阶金字塔魔方的控制系统示意图。图7为本公开实施例2提供的坐标系构建示意图。图8本公开实施例2提供的魔方平面展开图。1-自复原三阶金字塔魔方；2-控制系统；3-舵机；4-霍尔传感器；5-控制核心板；6-电源模块；7-顶盖；8-块体；9-磁铁；10-角块；11-孔。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本公开说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“其他一些实时方式”“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1：本公开实施例1提供了一种自感应式三阶金字塔魔方，系统整体结构如图1所示，自复原三阶金字塔魔方1与普通三阶金字塔魔方外形相似，包括四个魔方面，控制系统7位于魔方内部，外面包裹有十四个小块，这些小块由四个角块、四个驱动块和六个棱块，相互之间依次相互拼接得到三阶金字塔魔方。在某些实施方式中，驱动块、四个边块和四个角块的拼接结构可以为各种形状，只要能够实现三阶金字塔魔方的拼接即可。如图2所示，为本实施例所述的自复原三阶金字塔魔方局部拆解图，控制系统2位于构成金字塔魔方的所述驱动块、边块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自感应式三阶金字塔魔方，包括四个角块，每个角块对应有一个驱动块，其特征在于，包括设于魔方内部的控制模块、电源模块和舵机，所述电源模块用于给各个用电模块供电，每个驱动块对应有一台舵机，并与舵机的转轴连接，所述驱动块与角块活动连接；/n每个舵机周围分布有三个依次相隔120°的检测元件，且所述驱动块内分布有两个相隔120°的磁性元件，所述检测元件通过感应磁性元件所在的位置确定驱动块的旋转角度，并实时发送给控制模块；/n所述控制模块分别与舵机和检测元件通信连接，并实时记录各个驱动块的旋转轨迹，当检测元件感应到的信号在预设时间段内没有发生变化时，控制模块控制舵机带动驱动块转动，实现魔方的倒序复原或自解算复原。/n

【技术特征摘要】
1.一种自感应式三阶金字塔魔方，包括四个角块，每个角块对应有一个驱动块，其特征在于，包括设于魔方内部的控制模块、电源模块和舵机，所述电源模块用于给各个用电模块供电，每个驱动块对应有一台舵机，并与舵机的转轴连接，所述驱动块与角块活动连接；
每个舵机周围分布有三个依次相隔120°的检测元件，且所述驱动块内分布有两个相隔120°的磁性元件，所述检测元件通过感应磁性元件所在的位置确定驱动块的旋转角度，并实时发送给控制模块；
所述控制模块分别与舵机和检测元件通信连接，并实时记录各个驱动块的旋转轨迹，当检测元件感应到的信号在预设时间段内没有发生变化时，控制模块控制舵机带动驱动块转动，实现魔方的倒序复原或自解算复原。


2.如权利要求1所述的自感应式三阶金字塔魔方，其特征在于，所述控制模块控制舵机根据各个驱动块的旋转轨迹，计算倒序复原序列，带动驱动块转动实现倒序复原。


3.如权利要求1所述的自感应式三阶金字塔魔方，其特征在于，所述控制模块根据各个驱动块的旋转轨迹获取魔方各个面的当前状态，计算最优复原运动序列，按照最优还原运动序列进行魔方的自解算复原。


4.如权利要求1所述的自感应式三阶金字塔魔方，其特征在于，所述检测元件为霍尔传感器，所述的磁性元件为磁铁。


5.如权利要求1所述的自感应式三阶金字塔魔方，其特征在于，所述检测元件与磁性元件分别围成半径相等的圆，圆心均位于转轴延长线上。


6.如权利要求1所述的自感...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧，马凤英，张友盼，赵永国，孟拓，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37