一种解魔方机器人的制作方法

1.本实用新型涉及一种解魔方机器人。


背景技术：

2.目前市面上的解魔方机器人结构大都是让魔方在同一位置翻动，通过摄像机或颜色传感器采集魔方六个面的颜色块，传给上位机，上位机通过解魔方算法算出解法，再由外部机构转动魔方来完成魔方的复原工作。当遇到外部光线干扰时会出现解魔方失败的情况，同时当解魔方失败时用户往往不知道原因。


技术实现要素：

3.为解决解魔方机器人收光线干扰色块信号采集导致解魔方失败 的技术问题，本实用新型提供一种解魔方机器人，具体如下：
4.一种解魔方机器人，包括控制器、框架、魔方驱动机构和色块采集机构，所述魔方驱动机构布置于框架内用于转动魔方，所述控制器与魔方驱动机构电连接用于控制魔方驱动机构动作，所述色块采集机构布置于魔方驱动机构一侧，用于采集魔方色块信息，所述色块采集机构包括罩壳、照明、主板和摄像头，所述摄像头朝向魔方布置于主板上，所述罩壳覆盖摄像头及所在魔方侧面，所述照明布置于罩壳内，所述主板与控制器电连接。
5.在上述技术方案的基础上，进一步的所述魔方驱动机构垂直布置于框架内，由上至下依次包括用于水平转动魔方的第一驱动模块、固定魔方的固定模块、垂直转动魔方的第二驱动模块和调整魔方垂直位置的升降模块。
6.在上述技术方案的基础上，进一步的所述第一驱动模块包括舵机、齿轮组和转动框，所述舵机主体与框架固定连接，所述舵机输出轴与转动框连接，所述输出轴上布置有齿并与固定在框架上的齿轮组连接。
7.在上述技术方案的基础上，进一步的所述第二驱动模块是与魔方匹配的框体，所述框体内有一对相向布置的直角凸楞，所述框体在垂直于色块采集机构的一面布置有转动电机，所述转动电机用于垂直翻转框体，所述转动电机与控制器电连接，电机主体与框架连接。
8.在上述技术方案的基础上，进一步的所述转动电机是编码器电机
9.在上述技术方案的基础上，进一步的所述升降模块包括导轨、推杆和位置传感器，所述导轨沿框架垂直方向布置，所述推杆具有电机并沿导轨运动，所述位置传感器布置于导轨底部用于测量推杆位置，所述推杆电机及磁敏传感器分别与控制器电连接。
10.在上述技术方案的基础上，进一步的所述位置传感器是磁敏传感器或光学位置传感器。
11.在上述技术方案的基础上，进一步的还包括与控制器电连接的扬声器。
12.在上述技术方案的基础上，进一步的所述框架、转动框、框体和导轨采用积木拼接。
13.本实用新型的优点在于，采用自主研发的积木结构件与控制器搭建了一个框架结构的解魔方机器人，可移动使用。结构方面采用积木搭建的框架结构，通过控制器控制电机使魔方上下运动到指定位置，再通过顶部的舵机来转动魔方，实现了魔方在上下运动过程中完成复原。同时我们在魔方机器人背面的摄像机上加了一个黑色罩壳，避免外部光线造成干扰，在采集过程中增加了语音播报，使用户能实时了解到解魔方进度。
附图说明
14.图1是本实用新型结构示意图；
15.图2是本实用新型色块采集机构零件爆炸图；
16.图3是本实用新型第一驱动模块示意图；
17.图4是本实用新型第二驱动模块示意图；
18.图5是本实用新型升降模块示意图；
19.图6是本实用新型固定模块示意图。
20.附图标记说明
21.1-框架；2-第一驱动模块；3-固定模块；4-第二驱动模块；5-升降模块；6-控制器；7-色块采集机构；8-魔方；9-扬声器；
22.21-舵机；22-齿轮组；23-转动框；
23.41-编码器电机；42-凸楞；43-框体；
24.51-导轨；52-推杆；53-磁敏传感器；
25.71-罩壳；72-arm板；73—led灯；74-摄像头。
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的原件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
27.如图1所示，本实用新型提供一种解魔方机器人，包括控制器6、框架1、魔方驱动机构和色块采集机构7，所述魔方驱动机构布置于框架1内用于转动魔方，所述控制器6与魔方驱动机构电连接用于控制魔方驱动机构动作，所述色块采集机构7布置于魔方驱动机构一侧，用于采集魔方色块信息。所述魔方驱动机构垂直布置于框架1内，由上至下依次包括用于水平转动魔方的第一驱动模块2、固定魔方的固定模块3、垂直转动魔方的第二驱动模块4和调整魔方垂直位置的升降模块5。还包括与控制器电连接的扬声器。所采用的魔方8主要为三阶正方体魔方。
28.如图2所示，所述色块采集机构包括罩壳71、led灯73、arm板72和摄像头74，所述摄像头74朝向魔方8布置于arm板72上，所述罩壳71覆盖摄像头74及所在魔方8侧面，所述led灯73布置于罩壳71内，所述arm板72与控制器6电连接。
29.如图3所示，所述第一驱动模块包括舵机21、齿轮组22和转动框23，所述舵机21主体与框架1固定连接，所述舵机21输出轴与转动框23连接，所述输出轴上布置有齿并与固定在框架1上的齿轮组23连接。
30.如图4所示，所述第二驱动模块4是与魔方匹配的框体43，所述框体43内有一对相向布置的直角凸楞42，所述框体43在垂直于色块采集机构7的一面布置有转动电机，所述转动电机是编码器电机41，所述编码器电机41用于垂直翻转框体43，所述编码器电机41与控制器6电连接，编码器电机41与框架连接，其输出轴与框体43连接。
31.如图5所示，所述升降模块5包括导轨51、推杆52和位置传感器，所述导轨沿框架1垂直方向布置，所述推杆52具有电机并沿导轨51运动，所述位置传感器是磁敏传感器53，布置于导轨51底部用于测量推杆52位置，所述推杆电机及磁敏传感器53分别与控制器6电连接。
32.如图6所示，所述固定模块3是与魔方8匹配的长方体管，其顶面和底面分别与第一驱动模块2和第二驱动模块4连通，周面的四个面中，与编码器电机41同侧和对侧的两个面较其相邻面短，用于第二驱动模块4翻转魔方8预留空间。
33.具体使用时，使用者现将魔方8置入第二驱动模块4的框体43中，此时框体43内的凸楞42直角朝向魔方8方向，所述控制器6具内具有通信模块，所述通信模块是蓝牙模块和/或gsm模块，使用者可通过直接操作控制器6按键，或通过手机连接控制器6远程操作启动整个解魔方机器人。
34.解魔方机器人启动后，色块采集机构7启动，罩壳71内的led灯73点亮，通过摄像头74采集对应魔方8单面的色块信息，arm板通过蓝牙模块或直接电连接的方式将采集到的色块信息传输给控制器6，采集完成一个面后，控制器6控制升降模块5，通过推杆52将魔方8整体拖拉至第一驱动模块2位置，再启动舵机21将魔方8整体水平旋转90度后，通过升降模块5将魔方8降回第二驱动模块4内，由色块采集机构7采集对应魔方8单面的色块信息。反复该步骤三次后，色块采集机构7已完成对魔方8周向四个面的色块信息采集工作。
35.然后，控制器6控制编码器电机41逆时针垂直翻转90度，将魔方8顶面转向色块采集机构7，完成采集后，经由升降模块5将魔方8送入第一驱动模块2位置水平旋转180度后，降回第二驱动模块4位置完成对魔方8最后一个面的色块信息采集。
36.完成对魔方8所有六个面所有色块信息采集后，由控制器6计算出解魔方的步骤，开始解魔方流程。解魔方的过程通过升降模块5调整魔方8的垂直高度，将魔方8下两层或下一层在固定模块3中固定其水平位置，通过第一驱动模块2转动上一层或上两层；通过第二驱动模块4在90度的范围内垂直翻转魔方8，实现对魔方8所有面的调整，完成解魔方。所述扬声器9实施播报解魔方进程。
37.完成解魔方的所有过程后，通过扬声器9提示使用者，第二驱动模块4恢复至初始位置，使用者可取出魔方8。
38.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。

技术特征：
1.一种解魔方机器人，其特征在于，包括控制器、框架、魔方驱动机构和色块采集机构，所述魔方驱动机构布置于框架内用于转动魔方，所述控制器与魔方驱动机构电连接用于控制魔方驱动机构动作，所述色块采集机构布置于魔方驱动机构一侧，用于采集魔方色块信息，所述色块采集机构包括罩壳、照明、主板和摄像头，所述摄像头朝向魔方布置于主板上，所述罩壳覆盖摄像头及所在魔方侧面，所述照明布置于罩壳内，所述主板与控制器电连接。2.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于，所述魔方驱动机构垂直布置于框架内，由上至下依次包括用于水平转动魔方的第一驱动模块、固定魔方的固定模块、垂直转动魔方的第二驱动模块和调整魔方垂直位置的升降模块。3.根据权利要求2所述的一种解魔方机器人，其特征在于，所述第一驱动模块包括舵机、齿轮组和转动框，所述舵机主体与框架固定连接，所述舵机输出轴与转动框连接，所述输出轴上布置有齿并与固定在框架上的齿轮组连接。4.根据权利要求2所述的一种解魔方机器人，其特征在于，所述第二驱动模块是与魔方匹配的框体，所述框体内有一对相向布置的直角凸楞，所述框体在垂直于色块采集机构的一面布置有转动电机，所述转动电机用于垂直翻转框体，所述转动电机与控制器电连接，电机主体与框架连接。5.根据权利要求4所述的一种解魔方机器人，其特征在于，所述转动电机是编码器电机。6.根据权利要求2所述的一种解魔方机器人，其特征在于，所述升降模块包括导轨、推杆和位置传感器，所述导轨沿框架垂直方向布置，所述推杆具有电机并沿导轨运动，所述位置传感器布置于导轨底部用于测量推杆位置，所述推杆电机及磁敏传感器分别与控制器电连接。7.根据权利要求6所述的一种解魔方机器人，其特征在于，所述位置传感器是磁敏传感器或光学位置传感器。8.根据权利要求1至7任一所述的一种解魔方机器人，其特征在于，还包括与控制器电连接的扬声器。9.根据权利要求1至7任一所述的一种解魔方机器人，其特征在于，所述框架、转动框、框体和导轨采用积木拼接。

技术总结
本实用新型提供一种解魔方机器人，包括控制器、框架、魔方驱动机构和色块采集机构，所述魔方驱动机构布置于框架内用于转动魔方，所述控制器与魔方驱动机构电连接用于控制魔方驱动机构动作，所述色块采集机构布置于魔方驱动机构一侧，用于采集魔方色块信息，所述色块采集机构包括罩壳、照明、主板和摄像头，所述摄像头朝向魔方布置于主板上，所述罩壳覆盖摄像头及所在魔方侧面，所述照明布置于罩壳内，所述主板与控制器电连接。优点在于，采用积木搭建的框架结构，实现魔方在上下运动过程中完成复原。在魔方机器人背面的摄像机上加一个黑色罩壳，避免外部光线造成干扰，在采集过程中增加了语音播报，使用户能实时了解到解魔方进度。使用户能实时了解到解魔方进度。使用户能实时了解到解魔方进度。


技术研发人员：唐益夫
受保护的技术使用者：格物斯坦（上海）机器人有限公司
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2022/5/25