一种用于魔方还原的机械爪及魔方还原系统的制作方法

本实用新型涉及机器人应用领域，尤其是涉及一种用于魔方还原的机械爪及魔方还原系统。

背景技术：

目前，传统魔方还原系统支持的魔方种类少，公知的几种魔方机器人解决方案都只能解决特定阶数的魔方，并且不具备可扩展性。普通二阶，三阶，四阶，五阶魔方尺寸一般不同，即使是同阶魔方也存在着大小不一的问题，传统机械爪只能还原同规格的魔方，若是要还原不同规格的魔方，必须通过更换不同规格的机械爪来实现，耗时耗力。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于魔方还原的机械爪及魔方还原系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于魔方还原的机械爪，包括：

支架；

2个导轨，一端以倾斜的角度分别对称设在支架的两侧，形成开口状；

2个弹簧，分别套在两个导轨上，靠近支架的一端与支架固定连接；

2个机械手指，对称套在2个导轨上并分别与2个弹簧远离支架的一端固定连接，2个机械手指的端部都朝向2个导轨开口的背面；

2个滚轮，分别设于两个机械手指的端部。

优选的，所述支架连接机械臂，支架的形状为块状。

优选的，所述导轨为圆柱形杆状。

优选的，所述导轨上设有多个通孔。

优选的，所述机械手指为镂空的杆状结构。

优选的，所述导轨在远离支架的一端设有限位结构。

一种使用以上任一所述机械爪的魔方还原系统，包括依次连接的上位机、下位机和机械结构，所述上位机包括设有摄像头的计算机，所述下位机包括单片机，所述单片机接有显示屏、按键和舵机控制板，所述机械结构包括依次连接的舵机、机械臂和机械爪，所述舵机与舵机控制板连接，所述机械爪包括：

支架、2个导轨、2个弹簧、2个机械手指和2个滚轮；2个导轨的一端以倾斜的角度分别对称设在支架的两侧，形成开口状；2个弹簧分别套在两个导轨上，靠近支架的一端与支架固定连接；2个机械手指对称套在2个导轨上并分别与2个弹簧远离支架的一端固定连接，2个机械手指的端部都朝向2个导轨开口的背面；2个滚轮分别设于两个机械手指的端部。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、机械爪可以自动适应不同规格的魔方，无需人工调整，无需更换部件，且机械爪的自适应工作原理简单，组装便捷，节省了人力。

2、机械爪的导轨设有多个通孔，机械手指为镂空结构，减轻了机械爪的重量，提高了机械手的轻便性。

3、机械爪的导轨在远离支架的一端设有限位结构，防止机械爪夹取过大的魔方时导致机械手指滑动超出导轨长度而掉落。

附图说明

图1为本实用新型机械爪的结构示意图；

图2为实施例中魔方还原系统的结构示意图。

图中标注：1、支架，2、弹簧，3、导轨，4、机械手指，5、滚轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种用于魔方还原的机械爪，包括：1个支架1、2个导轨3、2个弹簧2、2个机械手指4和2个滚轮5；2个导轨3的一端以倾斜的角度分别对称设在支架的两侧，形成开口状，倾斜角度不宜大于45°；2个弹簧2分别套在两个导轨3上，靠近支架1的一端与支架1固定连接；2个机械手指4对称套在2个导轨3上并分别与2个弹簧2远离支架1的一端固定连接，2个机械手指4的端部都朝向2个导轨3开口的背面，机械手指4在导轨3上滑动的同时会带动弹簧2伸缩；2个滚轮5分别设于两个机械手指4的端部。

机械爪通过支架1连接机械臂，支架1的形状为块状。

本实施例中，导轨3为圆柱形杆状，导轨3在远离支架1的一端设有限位结构。为了减轻了机械爪的重量，导轨3上设有多个通孔，机械手指4为镂空的杆状结构。

如图2所示，一种使用上述机械爪的魔方还原系统，包括依次连接的上位机、下位机和机械结构，上位机包括设有摄像头的计算机，下位机包括单片机，单片机接有显示屏、按键和舵机控制板，机械结构包括依次连接的舵机、机械臂和机械爪，舵机与舵机控制板连接。本实施例中，设有8个舵机，每2个舵机控制一个机械臂及机械爪。

将摄像头对准魔方，通过计算机中的魔方还原程序软件提示操作即可。魔方还原程序可采用C#语言编写，为现有技术，可实现魔方的颜色识别、魔方还原指令生成与传送等。

本实施例中，下位机采用Arduino UNO，连接一个LCD显示屏LCD1602和一个16路舵机控制板PCA9685，PCA9685接有5V电源。显示屏的主要作用是显示当前操作步骤，并为用户提示下一步操作，16路舵机控制板更有效的控制8路舵机输出。

机械爪的工作过程为：

第一步：机械爪由控制水平移动的舵机驱动向正前运动；

第二步：机械爪的滚轮5触碰到魔方(魔方的边长比两滚轮5间初始直线距离大)；

第三步：舵机继续运转驱使机械爪向前运动，魔方阻碍机械爪向前运动，滚轮5开始滚动，力经滚轮5传递到机械手指4，机械手指4沿导轨3向斜上方运动，弹簧2被拉伸；

第四步：两滚轮5间距等于魔方边长，舵机依旧运转，机械爪向前运动，两个机械手指4夹持住魔方，此时弹簧2提供给机械手指4夹持魔方的力；

第五步：水平移动的舵机停止运转，夹持魔方完毕，开始进行转动还原魔方过程；

第六步：转动还原魔方完毕，舵机运转使机械爪向后退出，滚轮5离开魔方后由于弹簧2的收缩力，两个机械手指4回归原位；

第七步：机械爪归位，等待下一个指令。