一种二阶魔方复原机器人的制作方法

本实用新型涉及自动解魔方机器人设备，具体为一种二阶魔方复原机器人。

背景技术：

魔方玩具是目前最为流行的智力玩具之一，复原任意初态的魔方公认具有相当的难度。解魔方机器人将机器人作为载体，应用人工智能技术解决魔方还原问题。现有市场复位魔方的机器人一般为三阶魔方复原机器人。如申请号为201510013273.4所设计的“一种四面对称结构的魔方机器人”，魔方被放置在四个结构对称的基本执行单元中，其通过支脚架两两垂直固定，并一同被固定在底盘上，形成一个对称且稳定的四边形结构。两个支脚架顶端装有手机固定调节支架用以固定智能手机，四组基本执行单元中含有电机、舵机、配套齿轮及连杆组成的机构，能够同时控制机械爪的旋转和开闭，实现拧动魔方。经分析，该魔方机器人只能对三阶魔方进行复原，无法对二阶魔方进行复原。

技术实现要素：

为此，本实用新型设计了一种二阶魔方复原机器人，将机械爪的驱动方式转换为凸轮的驱动魔方方式，同时其传动系统更加简化，可对二阶魔方的每条旋转边单独提供旋转动力，相互之间不产生干涉，传动方式简单，有效的缩短了二阶魔方的复原操作时间。

本实用新型提供了一种二阶魔方复原机器人，包括：用于安装固定二阶魔方复原机器人的底板，在底板上安装有计算机控制系统和颜色识别器，在底板上安装有底座，所述底座上设有的三轴连接器，所述三轴连接器的顶端设有用于固定二阶魔方的魔方固定座，所述二阶魔方复原机器人包括X向旋转模块、Y向旋转模块和Z向旋转模块，所述X向旋转模块、Y向旋转模块和Z向旋转模块均设有动力系统安装架，所述动力系统安装架上固定有一个步进电动机，所述步进电动机驱动连接有转轴，所述转轴的另一端连接在所述三轴连接器上，所述转轴上安装有凸轮。

进一步地，所述X向旋转模块、Y向旋转模块、Z向旋转模块的传动模式相同，安装的位置分别与魔方的三个两两相互垂直的面对应，使得对魔方的旋转位置不同。

进一步地，所述X向旋转模块、Y向旋转模块、Z向旋转模块上的凸轮分别与其所对应的魔方的面上的旋转边相配合。

进一步地，所述凸轮上设有与魔方的单块边长相对应的卡齿和凹槽，相邻的卡齿和凹槽之间的距离等于魔方的单块边长，通过卡齿和凹槽驱动魔方的旋转边旋转。

进一步地，所述三轴连接器具有三个侧面，且每一个侧面上设置有一个连接轴承。

进一步地，所述动力系统安装架上设置有转轴支撑架。

进一步地，所述转轴支撑架上设置有转轴连接孔。

本实用新型的有益效果为：采用三个旋转模块三个步进电动机的传动方式，每一条二阶魔方的旋转边可以单独旋转，避免了传动过程中传动系统干涉问题。

采用魔方角块固定座结构，将魔方的直角顶点处的一块魔方进行固定，使得其附带的三个旋转边固定，减少了魔方的旋转量，达到了缩短二阶魔方复原操作时间的目的。

采用具有卡齿和凹槽的凸轮结构，通过旋转驱动魔方的旋转边旋转，与机械手的夹紧旋转相比，简化了魔方的旋转边的传动系统，进而优化魔方机器人的整体传动系统。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种二阶魔方复原机器人的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种二阶魔方复原机器人的动力系统安装架的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一种二阶魔方复原机器人的凸轮的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的一种二阶魔方复原机器人的三轴连接器的结构示意图。

附图中标记为：

1 底座

2 三轴连接器

21 魔方固定座

22 连接轴承

3 X向旋转模块

4 Y向旋转模块

5 Z向旋转模块

6 动力系统安装架

61 转轴支撑架

62 连接孔

7 步进电动机

8 转轴

9 凸轮

91 卡齿

92 凹槽

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元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。

本实用新型实施例提供了一种二阶魔方复原机器人，包括：用于安装固定二阶魔方复原机器人的底板，在底板上安装有计算机控制系统和颜色识别器，如图1所示，在底板上安装有底座1，所述底座1上设有的三轴连接器2，所述三轴连接器2的顶端设有用于固定二阶魔方的魔方固定座21，所述二阶魔方复原机器人包括X向旋转模块3、Y向旋转模块4和Z向旋转模块5，所述X向旋转模块3、Y向旋转模块4和Z向旋转模块5均设有动力系统安装架6，所述动力系统安装架6上固定有一个步进电动机7，所述步进电动机驱动连接有转轴8，所述转轴的另一端连接在所述三轴连接器2上，所述转轴上安装有凸轮9。优选的，如图4所示，所述三轴连接器2具有三个侧面，且每一个侧面上设置有一个连接轴承22；如图2所示，所述动力系统安装架6上设置有转轴支撑架61，所述转轴支撑架61上设置有转轴连接孔62。本实用新型采用三个旋转模块三个步进电动机的传动方式，每一条二阶魔方的旋转边可以单独旋转，避免了传动过程中传动系统干涉问题；采用魔方角块固定座结构，将魔方的直角顶点处的一块魔方进行固定，使得其附带的三个旋转边固定，减少了魔方的旋转量，达到了缩短二阶魔方复原操作时间的目的。

其中，所述X向旋转模块3、Y向旋转模块4、Z向旋转模块5的传动模式相同，安装的位置分别与魔方的三个两两相互垂直的面对应，使得对魔方的旋转位置不同。所述X向旋转模块3、Y向旋转模块4、Z向旋转模块5上的凸轮9分别与其所对应的魔方的面上的旋转边相配合。如图3所示，所述凸轮9上设有与魔方的单块边长相对应的卡齿91和凹槽92，相邻的卡齿91和凹槽92之间的距离等于魔方的单块边长，通过卡齿91和凹槽92驱动魔方的旋转边旋转。本实用新型采用具有卡齿和凹槽的凸轮结构，通过旋转驱动魔方的旋转边旋转，与机械手的夹紧旋转相比，简化了魔方的旋转边的传动系统，进而优化魔方机器人的整体传动系统。

本实用新型使用时，在底板上安装有计算机控制系统和颜色识别器，在机器人进行魔方复位之前，需将二阶魔方放置在颜色识别器上进行模型识别，颜色识别器将扫描的到的图案杂乱的二阶魔方传输到计算机控制系统中，计算机控制系统进行模型重组，并且计算出最优的旋转步数最少的魔方复位程序。

二阶魔方复位机器人的支撑结构为底座1和动力系统安装架6。底座1为圆柱结构，其上安装有正方体结构的三轴连接器2，底座1的轴线位置与三轴连接器2的一对角线重合。三轴连接器2用于安装和支撑转动系统，故其上设有用于与转轴8连接的连接轴承22。在三轴连接器2的顶端安装有魔方固定座21，魔方固定座21用于固定二阶魔方直角处的单个魔方，其安装面与相对的三轴连接器2的面相互平行。其整体结构如图1所示。

二阶魔方复原机器人的操作系统分为三个模块，分别为X向旋转模块3、Y向旋转模块4、Z向旋转模块5，每一个模块的设有一个传动装置。当二阶魔方固定的直角单块固定在魔方固定座21上后，其XYZ向只有未固定的一阶魔方可以旋转，因此每一个旋转方向上只设有一个传动装置，并且每个旋转方向的传动结构和传动原理相同，安装方向与魔方固定座21上侧的三个面的朝向方向相对应。

以X向旋转模块3传动系统为例进行说明。在动力系统安装架6上固定有一个步进电动机7，步进电动机7驱动转轴8。转轴8上固定安装有凸轮9，两者相对固定。凸轮9的结构如图3所示，其上设有三个卡齿91和凹槽92，卡齿91可嵌入魔方各块之间的空隙内，凹槽92可卡住魔方的侧边，通过凸轮9旋转，带动魔方转动。根据上述可知每两个相邻的卡齿91和凹槽92之间的距离为魔方的单块边长。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。