可進行三維仿真的解魔方裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及了一種解魔方裝置，特別是涉及一種可進行三維仿真的解魔方裝置，可對魔方還原過程進行三維仿真和復原。
技術背景
[0002]傳統魔方需要借助人腦進行計算，最終通過手工進行還原。近些年來隨著機電控制技術和機器人技術的發展，在綜合利用計算機強大的數據計算能力和機械手靈活運動能力的條件下，市場上出現了一些解魔方機器人。在申請專利號為2012101895128和2013101353627的專利中公開的解魔方機器人，分別在與智能手機的深度融合和人工交互技術領域有較多的研宄，其智能化程度較高。
[0003]但在其功能方面還存在某些不足:
現有解魔方機器人不能進行三維運動模擬，只有當機械手實際執行完所有動作后才能觀察結果，無法對魔方求解方法、控制姿態換算與優化結果進行虛擬驗證，使用時可能由于方法錯誤引起裝置的損壞。
[0004]智能化程度的提高將導致產品設計更為復雜，雖有利于產品商業化，但從教學角度考慮，并不能提高學生對機電系統仿真與控制基礎知識的掌握，反而由于系統過于復雜降低了學生嘗試的積極性。
[0005]復雜產品其成本較高，也就提高了教學成本，不利于教學推廣。
【發明內容】
[0006]為了解決現有解魔方機器人存在的上述不足，本發明提出了一種可進行三維仿真的解魔方裝置。
[0007]本發明所采取的技術方案如下:
本發明包括底座、安裝在底座兩側的支撐柱、安裝板、攝像頭和控制器；兩側的支撐柱與底座之間各安裝有一安裝板，兩個安裝板相對安裝且均與水平面呈45°角，兩個安裝板上均安裝有用于抓取固定魔方的機械手機構，其中一側的支撐柱頂部安裝有攝像頭，攝像頭朝向魔方；底座上安裝有控制器，控制器分別與兩個安裝板上的機械手機構和攝像頭連接進行控制。
[0008]所述的安裝有攝像頭一側的支撐柱高于另一側的支撐柱。
[0009]所述的機械手機構包括機械手、夾頭、回轉平臺、回轉舵機和開合舵機；回轉平臺固定在安裝板的底面，機械手底部穿過安裝板經回轉平臺與回轉舵機固定連接；開合舵機固定在機械手上，開合舵機的輸出軸與機械手一側的驅動臂的旋轉軸連接，機械手頂部的兩個手爪端各安裝有一個夾頭，兩個夾頭夾緊魔方兩側。
[0010]所述的回轉平臺包括機械手安裝板、回轉軸承、舵機輸出軸聯接板、回轉軸承安裝板、回轉舵機安裝板、第一連接螺釘和第二連接螺釘；兩塊回轉軸承安裝板和回轉舵機安裝板通過第二連接螺釘平行依次安裝在安裝板底面，兩塊回轉軸承安裝板中心通過回轉軸承套接有相互平行的機械手安裝板和舵機輸出軸聯接板，回轉軸承外圈安裝在兩塊回轉軸承安裝板之間，回轉軸承內圈通過第一連接螺釘固定連接在機械手安裝板和舵機輸出軸聯接板之間；回轉舵機固定在回轉舵機安裝板中心，機械手底部穿過安裝板與機械手安裝板固定連接，舵機輸出軸聯接板底面的中心軸與回轉舵機的輸出軸同軸固定連接，通過回轉軸承內圈的過渡連接作用實現機械手與回轉舵機的輸出軸聯動。
[0011]所述的夾頭呈L形，夾頭L形的一邊固定在機械手頂部的手爪端上，另一邊夾在魔方側面。
[0012]所述的夾頭L形夾在魔方側面一邊的高度為魔方中一個方塊的邊長，夾頭L形的長度大于魔方中一個方塊的邊長，且小于三個方塊的總邊長。
[0013]所述的控制器分別與兩側機械手機構的回轉舵機和開合舵機連接。
[0014]本發明的有益效果是:
本發明能順利完成解魔方全過程，且結構簡單有效，成本較低，有利于產品商業化，可應用于教學，有利于教學推廣。
[0015]本發明有效的使用了仿真技術，能對解魔方的整個過程進行計算機模擬，可完成魔方色塊分布識別方法驗證、魔方求解方法驗證、控制姿態換算與優化結果的驗證，避免在機械執行裝置上驗證時由于方法錯誤引起裝置損壞。
[0016]本發明有機結合了虛擬樣機技術、動力學運動學分析、信息、電子控制、機械設計等多重學科知識，對工科尤其是機械學科，有較強的教學性；從教學角度考慮，簡單的結構能增強對機電系統仿真與控制基礎知識的展示效果，提高學生參與積極性。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的整體結構示意圖。
[0018]圖2是本發明的回轉平臺結構及其安裝示意圖。
[0019]圖3是本發明的工作原理流程圖。
[0020]圖中:1、底座，2、支撐柱，3、回轉舵機，4、回轉平臺，5、開合舵機，6、機械手，7、夾頭，8、安裝板，9、攝像頭，10、控制器，11、機械手安裝板，12、回轉軸承，13、舵機輸出軸聯接板，14、回轉軸承安裝板，15、回轉舵機安裝板，16、第一連接螺釘，17、第二連接螺釘。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0022]如圖1所示，本發明包括底座1、安裝在底座I兩側的支撐柱2、安裝板8、攝像頭9和控制器10 ;兩側的支撐柱2與底座I之間各安裝有一安裝板8，兩個安裝板8相對安裝且均與水平面呈45 °角，兩個安裝板8對稱安裝，兩個安裝板8上均安裝有用于抓取固定魔方的機械手機構，其中一側的支撐柱2頂部安裝有攝像頭9，攝像頭9朝向魔方；底座I上安裝有控制器10，控制器10分別與兩個安裝板8上的機械手機構和攝像頭9連接進行控制。
[0023]如圖1所示，安裝有攝像頭9 一側的支撐柱2高于另一側的支撐柱2。
[0024]如圖1和圖2所示，機械手機構包括機械手6、夾頭7、回轉平臺4、回轉舵機3和開合舵機5 ；回轉平臺4固定在安裝板8的底面，回轉舵機3固定在回轉平臺4底部，機械手6底部穿過安裝板8經回轉平臺4與回轉舵機3固定連接，實現機械手6與回轉舵機3同步轉動；開合舵機5固定在機械手6上，開合舵機5的輸出軸與機械手6 —側的驅動臂的旋轉軸連接，機械手6頂部的兩個手爪端各安裝有一個夾頭7，兩個夾頭7夾緊魔方兩側，開合舵機5控制機械手6的手爪端的開合，從而帶動兩個夾頭7的開合。控制器10分別與兩側機械手機構中的兩個回轉平臺4和兩個回轉舵機3和開合舵機5連接。
[0025]如圖2所示，回轉平臺4包括機械手安裝板11、回轉軸承12、舵機輸出軸聯接板13、回轉軸承安裝板14、回轉舵機安裝板15、第一連接螺釘16和第二連接螺釘17。兩塊回轉軸承安裝板14和回轉舵機安裝板15通過第二連接螺釘17平行依次安裝在安裝板8底面，兩塊回轉軸承安裝板14中心通過回轉軸承12套接有相互平行的機械手安裝板11和舵機輸出軸聯接板13，回轉軸承12外圈安裝在兩塊回轉軸承安裝板14之間，回轉軸承12內圈通過第一連接螺釘16固定連接在機械手安裝板11和舵機輸出軸聯接板13之間；回轉舵機3固定在回轉舵機安裝板15中心，機械手6底部穿過安裝板8與機械手安裝板11固定連接，舵機輸出軸聯接板13底面的中心軸與回轉舵機3的輸出軸同軸固定連接，通過回轉軸承內圈的過渡連接作用實現機械手6與回轉舵機3的輸出軸聯動。
[0026]如圖1所示，夾頭7呈L形，L形正好夾持在魔方的棱邊上，夾頭7的L形的一邊固定在機械手6頂部的手爪端上，另一邊夾在魔方側面。夾頭7的L形另一邊的高度略小于魔方中一個方塊的邊長，夾頭7的L形的長度大于魔方中一個方塊的邊長，且長度小于三個方塊的總邊長，這樣使得兩個夾頭7能分別夾持住魔方相鄰的兩個側面，并通過回轉舵機3帶動旋轉而對魔方中的一層進行旋轉。
[0027]控制器10分別與