本发明涉及现代视觉测量技术领域,具体涉及一种三阶魔方自动识别及语音教程系统。
背景技术：
解魔方是一种手部极限运动，是全世界青少年最喜欢的智力游戏之一，具有益智和娱乐的优点。魔方形状通常为正方体，由多个块组成的。玩法是将魔方打乱，然后在最短的时间内还原。初学者一般从三阶魔方开始学习，三阶魔方有很多种还原方法，其中“层先法”是最适合初学者掌握的方法之一。一个三阶魔方，“从上到下”可以理解为“顶层”、“中层”和“底层”，所谓“层先法”就是逐层还原。目前的三阶魔方教程一般为视频教程或者图解教程，视频教程和图解教程无法针对用户当前的实体魔方的颜色及排列信息给出有针对性的还原方法，需要用户理解说明书或视频再根据魔方当前状态自己思考找到还原方法，难度很大。
综上所述，现有的魔方还原方法不能针对用户当前的魔方状态进行引导，存在针对性差，学习难度大，且过程繁琐的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有的魔方还原方法不能针对用户当前的魔方状态进行引导，存在针对性差，学习难度大，且过程繁琐的问题，进而提供一种三阶魔方自动识别及语音教程系统。
本发明的技术方案是：
一种三阶魔方自动识别及语音教程系统，它包括图像采集模块、上位机系统和测量辅助工装，测量辅助工装用于将图像采集模块合理布局并连接安装，图像采集模块用于摄取魔方被测物面并将所述物面传送至上位机系统，图像采集模块包括定焦镜头、相机和led光源，相机通过c型接口与定焦镜头连接，led光源通过顶丝固定到定焦镜头的外壁上，定焦镜头对魔方被测物面进行成像，上位机系统包括计算机、外部接口设备和语音教程软件系统，计算机通过外部接口设备与相机相连，相机用于接收定焦镜头的光学成像并将所述光学成像转换成电子图像传输至上位机系统，上位机系统用于获得相机转换的电子图像并将所述电子图像与上位机系统数据库的特征信息进行比对后得到魔方的特征信息，上位机系统的语音教程软件系统依据魔方六面还原的步骤提供语音提示。
进一步地，图像采集模块还包括相机信号线、led光源的电源线、led光源的电源适配器和计算机的电源适配器，相机信号线接口为usb接口，led光源的电源线接口为dc接口，相机信号线与上位机系统的usb接口相连接，led光源的电源线dc接口与led光源的电源适配器接口相连接，led光源的电源适配器和计算机的电源适配器分别插入提供220v/50hz的交流电的插排中。
进一步地，测量辅助工装包括线扣、上壳盖、上壳体、相机安装环、下壳体和底面板，下壳体的下端与底面板固接，下壳体的上端设有相机安装环，相机安装在相机安装环上，定焦镜头与相机的下端固定连接，定焦镜头的下端设有led光源，上壳体的下端与下壳体固接，上壳体的上端设有上壳盖，上壳盖上开设第一穿线孔，线扣安装在壳盖的第一穿线孔内。
进一步地，底面板的中心加工视场孔，视场孔的直径为50mm，底面板的上部加工半弧形凹槽，所述半弧形凹槽的槽底沿竖直方向加工四个第一沉头通孔。
进一步地，下壳体整体为圆柱状结构，下壳体的上部设有第一圆槽，所述第一圆槽的槽底分别开设圆形通孔和led光源穿线孔，下壳体的下部一侧开设弧形缺口，下壳体的下部另一侧设有半弧形凸台，下壳体的半弧形凸台与底面板的半弧形凹槽间隙配合，所述半弧形凸台的下端面加工四个第一螺纹孔，下壳体的四个第一螺纹孔与底面板的四个第一沉头通孔一一对应，下壳体通过四个螺钉与底面板固接。
进一步地，相机安装环的中部设有正方形通孔，所述正方形通孔实现与相机的适配，相机安装环上开设一个led光源穿线孔，所述正方形通孔两侧的相机安装环上对称开设四个第二螺纹孔，相机安装环的侧面设有四个第一沉头孔，相机安装环的外圆周与下壳体的第一圆槽间隙配合，相机安装环通过四个螺钉与下壳体固接。
进一步地，上壳体的上部开设第二圆槽，第二圆槽的圆周上开设led光源穿线孔，上壳体的中部开设多个散热孔，上壳体的下部设有环形凸台，所述环形凸台上开设四个第二沉头通孔，上壳体通过四个螺钉与下壳体固接。
进一步地，上壳盖的下部设有圆形凸台，所述圆形凸台与上壳体的第二圆槽间隙配合，上壳盖的端面开设四个第二沉头孔，上壳盖通过四个螺钉与上壳体固接。
进一步地，测量辅助工装还包括手拧紧定螺钉，底面板的前部开设一个第三螺纹孔，手拧紧定螺钉与所述第三螺纹孔螺纹连接，底面板的后部开设一个销孔，所述销孔用于适配梁架和标定座的定位销。
进一步地，测量辅助工装的上壳盖、上壳体、相机安装环、下壳体和底面板均采用硬铝合金材料制造而成。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明能够针对用户当前的实体魔方的颜色及排列信息给出有针对性的还原方法，使得用户在短时间内掌握还原魔方的要领，本发明根据现代视觉测量技术的基本原理自动识别魔方图案，并与数据库进行比对进行科学计算与评定，按照魔方的实际情况提供按步骤的语音提示，使初学者能够方便、快速、准确地掌握要领，实现三阶魔方的六面还原。
2、本发明的测量辅助工装用于将图像采集模块合理布局并连接安装，布局合理、安装方便。底面板用于支承测量辅助工装的上部分部件，同时实现与梁架工装和标定座的适配安装，底面板通过手拧紧定螺钉与适配梁架实现紧固连接，便于拆装，底面板通过定位销与适配梁架和标定座实现定位，实现精准定位。
3、本发明的图像采集模块用于摄取魔方被测物面并将所述物面传送至上位机系统，图像采集模块能够满足被测物面的视场大小需求、图像分辨率需求。相机通过c型接口与定焦镜头连接，安装方便，led光源通过顶丝固定到定焦镜头的外壁上，便于拆装。
4、本发明的测量辅助工装均采用硬铝合金材料制造，便于加工，具有质量轻、强度好的效果。
5、本发明的上壳体用于装载图像采集模块，保护图像采集模块不受外部损害，上壳体中部开设的多个散热孔起到有效地散热作用，延长图像采集模块设备的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的主视图；图2是图1的侧视图；图3是图1的俯视图；图4是图2在b-b处的剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式的一种三阶魔方自动识别及语音教程系统，它包括图像采集模块、上位机系统和测量辅助工装，测量辅助工装用于将图像采集模块合理布局并连接安装，图像采集模块用于摄取魔方被测物面并将所述物面传送至上位机系统，图像采集模块包括定焦镜头1、相机2和led光源3，相机2通过c型接口与定焦镜头1连接，led光源通过顶丝固定到定焦镜头1的外壁上，定焦镜头1对魔方被测物面进行成像，上位机系统包括计算机、外部接口设备和语音教程软件系统，计算机通过外部接口设备与相机2相连，相机2用于接收定焦镜头1的光学成像并将所述光学成像转换成电子图像传输至上位机系统，上位机系统用于获得相机2转换的电子图像并将所述电子图像与上位机系统数据库的特征信息进行比对后得到魔方的特征信息，上位机系统的语音教程软件系统依据魔方六面还原的步骤提供语音提示。
相机2为立方体机身，立方体机身的四面均开设两个用于适配测量辅助工装的螺纹安装孔。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的图像采集模块还包括相机信号线、led光源的电源线、led光源的电源适配器和计算机的电源适配器，相机信号线接口为usb接口，led光源的电源线接口为dc接口，相机信号线与上位机系统的usb接口相连接，led光源的电源线dc接口与led光源的电源适配器接口相连接，led光源的电源适配器和计算机的电源适配器分别插入提供220v/50hz的交流电的插排中。如此设置，图像采集模块用于摄取魔方被测物面并将所述物面传送至上位机系统，图像采集模块能够满足被测物面的视场大小需求、图像分辨率需求。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的测量辅助工装包括线扣4、上壳盖5、上壳体6、相机安装环7、下壳体8和底面板9，下壳体8的下端与底面板9固接，下壳体8的上端设有相机安装环7，相机2安装在相机安装环7上，定焦镜头1与相机2的下端固定连接，定焦镜头1的下端设有led光源3，上壳体6的下端与下壳体8固接，上壳体6的上端设有上壳盖5，上壳盖5上开设第一穿线孔，线扣4安装在壳盖5的第一穿线孔内。如此设置，测量辅助工装用于图像采集模块的合理布局及连接安装。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的底面板9的中心加工视场孔，视场孔的直径为50mm，底面板9的上部加工半弧形凹槽，所述半弧形凹槽的槽底沿竖直方向加工四个第一沉头通孔。如此设置，底面板9用于支承测量辅助工装的上部分部件，同时实现与梁架工装和标定座的适配安装。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1、2和图4说明本实施方式，本实施方式的下壳体8整体为圆柱状结构，下壳体8的上部设有第一圆槽，所述第一圆槽的槽底分别开设圆形通孔和led光源穿线孔，下壳体8的下部一侧开设弧形缺口，下壳体8的下部另一侧设有半弧形凸台，下壳体8的半弧形凸台与底面板9的半弧形凹槽间隙配合，所述半弧形凸台的下端面加工四个第一螺纹孔，下壳体8的四个第一螺纹孔与底面板9的四个第一沉头通孔一一对应，下壳体8通过四个螺钉与底面板9固接。如此设置，下壳体8用于安装定焦镜头1、相机2和led光源3，相机2通过c型接口与镜头连接，led光源通过顶丝固定到镜头外壁上，定焦镜头1的下端与下壳体8的第一圆槽匹配。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图4说明本实施方式，本实施方式的相机安装环7的中部设有正方形通孔，所述正方形通孔实现与相机的适配，相机安装环7上开设一个led光源穿线孔，所述正方形通孔两侧的相机安装环上对称开设四个第二螺纹孔，相机安装环的侧面设有四个第一沉头孔，相机安装环7的外圆周与下壳体8的第一圆槽间隙配合，相机安装环7通过四个螺钉与下壳体8固接。如此设置，相机安装环7用于安装相机2并将相机2固定在测量辅助工装的下壳体8上。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1、2和图4说明本实施方式，本实施方式的上壳体6的上部开设第二圆槽，第二圆槽的圆周上开设led光源穿线孔，上壳体6的中部开设多个散热孔，上壳体6的下部设有环形凸台，所述环形凸台上开设四个第二沉头通孔，上壳体6通过四个螺钉与下壳体8固接。如此设置，上壳体6用于装载图像采集模块，保护图像采集模块不受外部损害，上壳体6中部开设的多个散热孔起到有效地散热作用，延长图像采集模块设备的使用寿命。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的上壳盖5的下部设有圆形凸台，所述圆形凸台与上壳体6的第二圆槽间隙配合，上壳盖5的端面开设四个第二沉头孔，上壳盖5通过四个螺钉与上壳体6固接。如此设置，上壳盖5用于保护图像采集模块不受外部损害。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1、3和4说明本实施方式，本实施方式的测量辅助工装还包括手拧紧定螺钉10，底面板9的前部开设一个第三螺纹孔，手拧紧定螺钉与所述第三螺纹孔螺纹连接，底面板9的后部开设一个销孔9-1，所述销孔9-1用于适配梁架和标定座的定位销。如此设置，底面板9通过手拧紧定螺钉10与适配梁架实现紧固连接，底面板9通过定位销与适配梁架和标定座实现定位。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
具体实施方式十：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的测量辅助工装的上壳盖5、上壳体6、相机安装环7、下壳体8和底面板9均采用硬铝合金材料制造而成。如此设置，测量辅助工装采用硬铝合金材料制造便于加工，具有质量轻、强度好的效果。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
工作原理：
本发明基于现代视觉测量技术的基本原理研制而成，本发明利用定焦镜头对魔方的被测物面进行成像，由相机接收光学成像并将其转换成电子图像，由上位机系统对所述电子图像进行处理，并提取出特征信息。上位机系统获得魔方某面的检测影像后，语音教程软件系统对测量影像进行处理，上位机系统将测量信息与数据库的特征信息进行比对，上位机系统得到魔方的特征信息之后，依据六面还原的步骤提供语音提示，使初学者可以方便的掌握要领，实现三阶魔方的六面还原。