一種四面對稱結構的解魔方機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及智能機器人控制及機械設計領域，特別提供了一種四面對稱結構的解魔方機器人。
【背景技術】
[0002]機器人學的研宄推動了許多人工智能思想的發展，有一些技術可在人工智能研宄中用來建立世界狀態的模型和描述世界狀態變化的過程。本文所述的一種四面對稱結構的解魔方機器人是以機器人作為載體，應用人工智能技術實現對隨機亂序三階魔方的快速還原工作。
[0003]專利號為CN201310135362.7，名稱為一種智能解魔方機器人及使用了該機器人的人機互動系統，公開了一種解魔方機器人。包括機器人本體、氣缸和氣泵，其特征在于:還包括控制主機、機械臂、攝像頭和魔方倉，在木桁架上設置有氣缸，氣缸的氣缸桿上設置有用于放置魔方的魔方倉，在桁架上方有機器人本體，機器人本體上連接有用于進行解魔方動作的機械臂，在桁架上設置有用于采集數據并傳輸給控制主機的攝像頭，氣泵分別與氣泵和機械臂相連。
[0004]然而，上述實用新型存在如下缺陷，
[0005]1.采用氣動式結構，控制精度低，體積較大，不具有良好的便攜性和穩定性。
[0006]2.設計了兩個互相垂直的機械臂，完成一次有效操作的步驟過于繁雜，復原效率不尚。
[0007]3.由于魔方在還原過程中受力點較少，魔方會出現晃動，影響了還原步驟的準確進行。
[0008]4.隨著還原步驟的增多，魔方被擰動的系統誤差會累積，導致魔方卡住無法復原。
[0009]5.不能同時完成爪子的開合與旋轉。
【實用新型內容】
[0010]為了能實現利用人工智能技術對隨機亂序三階魔方的快速還原工作，本實用新型提供了一種基于智能手機的四面對稱結構的解魔方機器人。它的執行機構采用一種具有高度對稱性的由四組電機舵機及配套齒輪及連桿組成的機構，不僅解決了各機械爪旋轉過程中可能產生的繞線問題，還對爪子的旋轉與開閉進行獨立控制。四組執行機構共同協調配合，從四個方向夾持和擰動魔方，使該系統在解魔方操作中的穩定性和效率得以保障。此夕卜，其整體設計具有良好的便攜性和兼容性，其手機固定調節支架可拆卸，并可調節以適應絕大多數基于Android操作系統的智能手機。
[0011]本實用新型解決其技術問題所采用的方案是一種四面對稱結構的解魔方機器人，該機器人包括魔方(I)、智能手機(2)、基本執行單元(8)、控制板、支腳架(6)、底座(7)、手機固定調節支架、控制系統；
[0012]基本執行單元(8)包括電機(9)、電機板(10)、支柱(11)、前板(12)、主軸(13)、滾珠軸承件(14)、大滑槽(15)、L型杠桿(16)、杠桿定位孔(17)、舵機板(18)、舵機單搖臂(19)、舵機(20)、推桿(21)、連桿(22)、轉軸(23)、爪(24)、銷軸(25)、推桿擋肩(26)、套筒
(27)、卡簧(28)、小齒輪(29)、大齒輪(30)；
[0013]手機固定調節支架包括手機橫向調節塊(3)、手機縱向調節柱(4)、通用手機固定塊(5);手機縱向調節柱(4)與支腳架(6)相連接；手機橫向調節塊(3)固定在手機縱向調節柱(4)頂端，手機橫向調節塊(3)、手機縱向調節柱(4)與通用手機固定塊(5)連接；智能手機(2)安裝在通用手機固定塊(5)上；
[0014]其中魔方(I)被穩定放置在四個相互對稱布置的基本執行單元⑶中，支腳架(6)與各基本執行單元(8)中的前板(12)固定，使四個基本執行單元(8)相鄰兩兩垂直相連，并共同被固定在底座(7)上，形成一個對稱且穩定的四邊形結構；
[0015]舵機(20)被固定在舵機板(18)上，隨著舵機(20)轉動，舵機單搖臂(19)轉動，帶動L型杠桿(16)運動，L型杠桿(16)通過杠桿定位孔(17)固定，其上有大滑槽(15)，滾珠軸承件(14)在大滑槽(15)上與L型杠桿(16)固定，并通過套筒(27)和卡簧(28)固定在主軸(13)上，即隨著舵機(20)轉動，滾珠軸承件(14)沿主軸(13)上下滑動;
[0016]爪(24)通過銷軸(25)被固定在連桿(22)和轉軸(23)上，連桿(22)與推桿(21)固定，滾珠軸承件(14)沿主軸(13)上下滑動，經過推桿擋肩(26)帶動推桿(21)與連桿(22)運動，繼而控制爪(24)的開閉;
[0017]電機(9)通過支柱(11)固定在前板(12)及電機板(10)之間，電機(9)轉動帶動小齒輪(29)轉動，繼而帶動大齒輪(30)轉動，大齒輪(30)與主軸(13)同軸，帶動主軸
(13)轉動，主軸(13)轉動帶動轉軸(23)轉動，實現爪(24)的轉動；
[0018]該魔方(I)的控制系統包括上位機智能手機、下位機處理器、執行單元和電源管理模塊。
[0019]所述的控制爪(24)開閉的舵機(20)為高精度金屬舵機；控制爪(24)旋轉的電機
(9)為微型直流電機。
[0020]所述的爪(24)的開閉和旋轉功能相互獨立，可同時實現。爪(24)在旋轉過程中不存在繞線問題。
[0021]手機橫向調節塊(3)、手機縱向調節柱(4)、通用手機固定塊(5)的材料為不銹鋼柱形結構；智能手機(2)最高離魔方(I)的垂直距離為100毫米。
[0022]所述的四個基本執行單元(8)，分別放置在魔方(I)的四個側面，對應兩個基本執行單元(8)的爪(24)前端相距50毫米，可獨立夾持一層魔方(I)并完成旋轉，即在魔方
(I)還原過程中，其四個側面均可在不換向的情況下實現旋轉，提高了執行效率。
[0023]所述的控制系統中，上位機單元包括基于Android操作系統的智能手機，其中包含一款解魔方機器人配套App、攝像頭、閃光燈及藍牙模塊；下位機主要包括STM32系列微控制器、藍牙模塊；執行單元主要包括LM293DD電機驅動模塊、微型直流電機、高精度金屬舵機及必要連桿機構；電源管理模塊主要包括3.7V鋰電池、12V聚合物鋰電池及穩壓模塊。
[0024]與現有大多數解魔方機器人相比，本實用新型所具有的有益效果如下。
[0025]采用微型直流電機及高精度舵機作為執行機構，功耗低，體積小，精度高，控制方便。材料易獲取，產品一致性強。
[0026]執行機構的結構設計上，采用四組兩兩相鄰相互垂直的基本機構單元。結構緊湊，夾持牢固。此外，該機構解決了機械爪轉動過程中經常存在的繞線問題。
[0027]四組基本機構單元共同協調配合，從四個方向夾持和擰動魔方，使得執行一次有效步驟的效率大大提高，減少了魔方旋轉過程中倒手的問題。
[0028]舵機連桿連接與主軸同軸的軸承上，控制軸承沿主軸前后相對滑動，繼而控制爪子的開閉。該設計使爪子的開閉與旋轉互不干擾，提高了魔方還原操作的效率。
[0029]以基于Android智能手機作為上位機，利用其自帶的攝像頭捕捉魔方色塊信息，并控制閃光燈實現對光線的補充作用。設計了手機固定及調節支架，使本實用新型適合不同型號尺寸的智能手機，增加了該實用新型的兼容性和適應性。
【附圖說明】
[0030]圖1為一種四面對稱結構的解魔方機器人的整體外觀圖；
[0031]圖2為一種四面對稱結構的解魔方機器人的執行機構圖；
[0032]圖3為一種四面對稱結構的解魔方機器人的機構單元主視圖；
[0033]圖4為一種四面對稱結構的解魔方機器人的機構單元側視圖；
[0034]圖5為一種四面對稱結構的解魔方機器人的機構單元俯視圖；
[0035]圖6為一種四面對稱結構的解魔方機器人的系統圖；
[0036]圖中:1、魔方；2、智能手機；3、手機橫向調節塊；4、手機縱向調節柱；5、通用手機固定塊；6、支座腳；7、底座；8、基本執行單元；9、電機；10、電機板；11、支柱；12、前板；13、主軸；14、滾珠軸承件；15、大滑槽；16、L型杠桿；17、杠桿定位孔；18、舵機板；19、舵機單搖臂；20、舵機；21、推桿；22、連桿；23、轉軸；24、爪；25、銷軸；26、推桿擋肩；27、套筒；28、卡簧；29、小齒輪；30、大齒輪。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖及【具體實施方式】對本實用新型進行進一步說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0038]解魔方機器人結構實施例:
[0039]本實施例是一種四面對稱結構的解魔方機器人的結構設計，其結構圖如圖1、2、3、4、5所示。
[0040]圖1、2結構說明，魔方(I)被穩定放置在4個基本執行單元(8)中，相對基本執行單元(8)的機械爪前端距離50毫米；4個基本執行單元(8)通過支腳架(6)相鄰兩兩垂直