一种无损内还原三阶魔方及控制方法技术

本公开提供了一种无损内还原三阶魔方及控制方法，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、无线通信模块和舵机，每个舵机周围分布有三个依次相隔90°的检测元件，且所述驱动块内分布有三个依次相隔90°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，所述控制模块用于实时记录各个驱动块的旋转轨迹，并根据外置设备的指令，控制舵机带动驱动块转动，实现魔方的倒序恢复或自主寻优恢复；本公开在控制模块的控制下驱动舵机实现魔方的内还原，避免了魔方外还原对魔方面的摩擦，进而避免了对魔方面的损伤，在实现内还原的前提下，保证了魔方的外观完整性。

A lossless inner reduction third order cube and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种无损内还原三阶魔方及控制方法
本公开涉及益智玩具
，特别涉及一种无损内还原三阶魔方及控制方法。
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。三阶魔方，是一种变化多端的智力玩具，由于其奥妙无穷，有着大批的爱好者，而复原任意状态的三阶魔方公认具有相当的难度，因此出现了通过解魔方机器人进行解算自动还原三阶魔方的技术。本公开专利技术人发现，现有的针对三阶魔方的解魔方机器人存在如下问题：(1)现有的解魔方机器人解魔方速度较慢、互动性较差，只能对特定姿态的三阶魔方进行解魔方，例如水平放置的魔方，才能对魔方进行还原，适应性较差；(2)现有的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；(3)现有的解魔方机器人在放入魔方的过程中，机械爪一般会与魔方表面摩擦以实现更好的固定，会刮花魔方的表面，影响人们的使用。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种无损内还原三阶魔方及控制方法，在控制模块的控制下驱动舵机实现魔方的内还原，避免了魔方外还原对魔方面的摩擦，进而避免了对魔方面的损伤，在实现内还原的前提下，保证了魔方的外观完整性。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无损内还原三阶魔方。一种无损内还原三阶魔方，包括六个魔方面，每个魔方面对应有一个驱动块，包括设于魔方内部的控制模块、电源模块、无线通信模块和舵机，所述电源模块包含无线充电接收模块及可充电电池模块，每个驱动块对应有一台舵机，并与舵机的转轴连接；每个舵机周围分布有三个依次相隔90°的检测元件，且所述驱动块内分布有三个依次相隔90°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，并通过无线通信模块与外置设备连接，所述控制模块用于实时记录各个驱动块的旋转轨迹，并根据外置设备的指令，控制舵机带动驱动块转动，实现魔方的倒序恢复或自主寻优恢复。本公开第二方面提供了一种无损内还原三阶魔方的控制方法。一种无损内还原三阶魔方的控制方法，利用本公开第一方面所述的无损内还原三阶魔方，包括以下步骤：构建原点位于魔方六面体几何中心的直角坐标系，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，对每个方块进行编号，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恢复。与现有技术相比，本公开的有益效果是：1、本公开第一方面提供的无损内还原三阶魔方，通过检测元件与磁性元件的配合，实现了对魔方转动角度的监测，在控制模块的控制下驱动舵机实现魔方的内还原，避免了魔方外还原对魔方面的摩擦，进而避免了对魔方面的损伤，在实现内还原的前提下，保证了魔方的外观完整性。2、本公开第一方面提供的无损内还原三阶魔方，无需外在解魔方机器人的配合，根据接收到的指令即可通过内置舵机进行自还原，降低了解魔方机器人的成本，极大的提高了用户体验。3、本公开第一方面提供的无损内还原三阶魔方，通过设定检测元件依次相隔90°，即只针对旋转90°、180°、270°或者复位进行检测，防止用户来回小角度转动带来的误检测，即只记录一个魔方面完整旋转一次或几次的情况，对小幅度的来回转动不进行检测，极大的提高了检测的精度和效率。4、本公开第二方面提供的无损内还原三阶魔方的控制方法，通过构建直角坐标系，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恢复轨迹。附图说明图1为本公开实施例1提供的无损内还原三阶魔方的整体示意图。图2为本公开实施例1提供的无损内还原三阶魔方的局部拆解图。图3为本公开实施例1提供的无损内还原三阶魔方的爆炸图。图4为本公开实施例1提供的无损内还原三阶魔方的驱动块和检测元件位置示意图。图5为本公开实施例1提供的无损内还原三阶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提供的无损内还原三阶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-自恢复三阶魔方；2-无线遥控器；3-启动按键；4-倒序恢复按键；5-自解算恢复按键；6-随机打乱按键；7-控制系统；8-舵机；9-检测元件；10-控制核心板；11-无线充电接收模块；12-无线通信模块；13-可充电电池模块；14-顶盖；15-块体；16-磁铁；17-驱动块。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，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，本公开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提供了一种无损内还原三阶魔方，系统整体结构如图1所示，由自恢复三阶魔方1及无线遥控器2组成。无线遥控器2上含有自恢复三阶魔方启动按键3、倒序恢复按键4、自解算恢复按键5和随机打乱按键6，自恢复三阶魔方1与无线遥控器2通过蓝牙等无线方式进行通信。通过无线遥控器，可轻松实现魔方功能设定。如果倒序恢复按键4按下，则打乱后的自恢复三阶魔方会自动按照各舵机输出轴的历史轨迹进行倒序恢复，即其恢复轨迹与打乱轨迹的步数相同、时序相反，其中，一步是指某个驱动块绕转轴旋转一次，而不管其转过多少角度。如果自解算恢复按键5按下，则打乱后的自恢复三阶魔方会根据当前状态自主计算出还原运动序列，并依此控制魔方实现恢复。如果随机打乱按键6按下，自恢复三阶魔方会自动随机转动，实现魔方状态的改变，然后可由使用者还原或者自主还原，增强了互动性。如果自恢复三阶魔方被手动或自动随机打乱30秒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无损内还原三阶魔方，包括六个魔方面，每个魔方面对应有一个驱动块，其特征在于，包括设于魔方内部的控制模块、电源模块、无线通信模块和舵机，所述电源模块包含无线充电接收模块及可充电电池模块，每个驱动块对应有一台舵机，并与舵机的转轴连接；/n每个舵机周围分布有三个依次相隔90°的检测元件，且所述驱动块内分布有三个依次相隔90°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，并通过无线通信模块与外置设备连接，所述控制模块用于实时记录各个驱动块的旋转轨迹，并根据外置设备的指令，控制舵机带动驱动块转动，实现魔方的倒序恢复或自主寻优恢复。/n

【技术特征摘要】
1.一种无损内还原三阶魔方，包括六个魔方面，每个魔方面对应有一个驱动块，其特征在于，包括设于魔方内部的控制模块、电源模块、无线通信模块和舵机，所述电源模块包含无线充电接收模块及可充电电池模块，每个驱动块对应有一台舵机，并与舵机的转轴连接；
每个舵机周围分布有三个依次相隔90°的检测元件，且所述驱动块内分布有三个依次相隔90°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，并通过无线通信模块与外置设备连接，所述控制模块用于实时记录各个驱动块的旋转轨迹，并根据外置设备的指令，控制舵机带动驱动块转动，实现魔方的倒序恢复或自主寻优恢复。


2.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，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，计算倒序恢复序列，带动驱动块转动实现倒序恢复；
或者，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，计算最优恢复运动序列，按照最优还原运动序列进行魔方的自主寻优恢复。


3.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，其特征在于，所述控制模块还用于根据外置设备的指令，控制舵机带动驱动块随机转动，实现魔方的随机打乱。


4.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，其特征在于，所述检测元件为霍尔传感器，所述磁性元件为磁铁。


5.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，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...

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