一种自驱动的三阶五魔方及控制方法技术

本公开提供了一种自驱动的三阶五魔方及控制方法，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，每个驱动块对应有一台舵机，并与舵机的转轴连接；所述驱动块上设有码盘，并通过槽型对射光电传感器读取码盘的当前角度，进而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，控制舵机沿各个驱动块的旋转轨迹的逆方向带动驱动块转动，进而带动驱动块所在的魔方面转动，实现倒序恢复；本公开通过槽型光电对射传感器与光电码盘的配合，无需外置解魔方机器人的辅助配合即可快速的实现自驱动复原，极大的降低了成本，提高了用户体验。

【技术实现步骤摘要】
一种自驱动的三阶五魔方及控制方法
本公开涉及益智玩具
，特别涉及一种自驱动的三阶五魔方及控制方法。
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。五魔方又叫做十二面体魔方，其每个面均是五边形，五魔方的数学排列算法很复杂，若不懂得排列规律，对于初学者而言永远不是随便转动几下就能恢复的产品，所以很多人认为玩魔方是一件很难的事情。本公开专利技术人发现，现有技术中多采用解魔方机器人进行魔方恢复，其存在如下问题：(1)现有的解魔方机器人大多在魔方四周各布置一个机械手用于控制该方块面的旋转，当要旋转上下两个方块面时，往往需要通过翻转机构来旋转魔方的上下方块面，而机械手的形式往往是十分精密的六轴机械手来夹紧魔方的各个方块面来旋转魔方，但采用这些结构，魔方与机械手之间的连接结构不稳定，不仅不容易夹紧魔方，还使得机械手的成本大大增加；(2)该种机械手的结构固定，不具备容错结构，当魔方出现卡死现象时，在机械手的挤压作用下魔方容易爆开，影响魔方的有效复原；(3)除了翻转机构，为使魔方能够进入解魔方机器人内部进行复原动作，还设有输送魔方的升降机构，使解魔方机器人的整体体积较大，占用的空间较多，成本较高；(4)针对三阶五魔方这种异形魔方，解魔方机器人需要设计单独的控制算法和机械手，单纯的采用六轴机械手无法实现旋转式五魔方的有效固定。
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驱动的三阶五魔方及控制方法，通过槽型光电对射传感器与光电码盘的配合，无需外置解魔方机器人的辅助配合即可快速的实现自驱动复原，极大的降低了成本，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驱动的三阶五魔方。一种自驱动的三阶五魔方，包括十二个魔方面，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；所述驱动块上设有光电码盘，所述舵机周边设有至少一个槽型光电对射传感器，所述槽型光电对射传感器用于读取码盘的当前角度，进而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解算恢复。本公开第二方面提供了一种自驱动的三阶五魔方的控制方法。一种自驱动的三阶五魔方的控制方法，利用本公开第一方面所述的自驱动的三阶五魔方，包括以下步骤：构建原点位于魔方六面体几何中心的坐标系，十二个方向的坐标轴分别穿过一个驱动块的几何中心，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自驱动的三阶五魔方，其将传统三阶五魔方的连接杆结构改为电子机械结构，无需外置设备，即可实现自驱动还原，无需单独的设计适用于十二个魔方面的解魔方机器人即可实现魔方的快速还原，极大的提高了用户体验。2、本公开第一方面提供的自驱动的三阶五魔方，采用码盘及槽型对射光电传感器检测驱动块转动角度性，能够实现对驱动快转动角度更精密的监测，魔方面细微的转动也能被实时监测到，极大的提高了转动角度监测的准确度，避免对运动的误检测。3、本公开第二方面提供的自驱动的三阶五魔方的控制方法，通过构建十二向的坐标系，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恢复轨迹。附图说明图1为本公开实施例1提供的自驱动的三阶五魔方的整体示意图。图2为本公开实施例1提供的自驱动的三阶五魔方的局部拆解图。图3为本公开实施例1提供的自驱动的三阶五魔方的爆炸图。图4为本公开实施例1提供的自驱动的三阶五魔方的驱动块和传感器布置示意图。图5为本公开实施例1提供的自驱动的三阶五魔方的控制系统示意图。图6为本公开实施例2提供的坐标系构建示意图。图7本公开实施例2提供的魔方平面展开图。1-自恢复三阶五魔方；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-码盘，10-槽型对射光电传感器；11-控制模块；12-无线通信模块；13-电源模块；14-顶盖；15-块体。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提供了一种自驱动的三阶五魔方，系统整体结构如图1所示，由自恢复三阶五魔方1及无线遥控器2组成。无线遥控器2上含有自恢复三阶五魔方的启动按键3、倒序恢复按键4、自解算恢复按键5和随机打乱按键6，自恢复三阶五魔方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五魔方会自动按照各舵机各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，一步是指某个魔方面绕转轴旋转一次，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五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，自恢复三阶五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。如果自恢复三阶五魔方被手动或自动随机打乱30秒后，按键4或者按键5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自驱动的三阶五魔方，包括十二个魔方面，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；/n所述驱动块上设有光电码盘，所述舵机周边设有至少一个槽型光电对射传感器，所述槽型光电对射传感器用于读取码盘的当前角度，进而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解算恢复。/n

【技术特征摘要】
1.一种自驱动的三阶五魔方，包括十二个魔方面，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；
所述驱动块上设有光电码盘，所述舵机周边设有至少一个槽型光电对射传感器，所述槽型光电对射传感器用于读取码盘的当前角度，进而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解算恢复。


2.如权利要求1所述的自驱动的三阶五魔方，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。


3.如权利要求1所述的自驱动的三阶五魔方，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，计算最优恢复运动序列，按照最优还原运动序列进行魔方的自解算恢复。


4.如权利要求1所述的自驱动的三阶五魔方，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。


5.如权利要求1所述的自驱动的三阶五魔方，其特征在于，所述电源模块为无线充电模块。


6.如权利要求1所述的自驱动的三阶五魔方，其特征在于，每个舵机...

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