CN108555917A - 一种自动解魔方装置 - Google Patents

Abstract

一种自动解魔方装置，包括主控机构，主控机构控制连接有传送机构、拍照机构和还原机构；传送机构包括两个并列设置的传送带，两个传送带之间固定连接有透明支撑板，透明支撑板上开设有用于放置待解魔方的卡槽，卡槽的底部开设有一个通槽，通槽贯通透明支撑板的下表面；拍照机构包括六个摄像头，六个摄像头分别用于拍摄待解魔方的六个侧面；还原机构包括呈正方体结构的主体框架，主体框架上固定设置有六个直线位移单元，六个直线位移单元分别与主体框架的六个侧面相垂直，每个直线位移单元均驱动连接有一个步进电机，六个步进电机分别与待解魔方六个侧面的中心固定连接。本发明提供一种自动解魔方装置，结构简单，成本较低，而且魔方还原速度快。

Description

一种自动解魔方装置

技术领域

本发明涉及解魔方设备领域，具体的说是一种自动解魔方装置。

背景技术

魔方是一种帮助学生增强空间思维能力的教学工具，通常情况下，我们所说的魔方是指的三阶魔方，公知的，解魔方是有公式的，但是对于初学者来说，理解公式的难度很高，因此需要一种能够自动解魔方的装置供初学者学习，从而加强初学者对解魔方公式的理解程度。

现有的自动解魔方装置大多设置有四个机械手，四个机械手既完成魔方的翻转动作又要固定魔方的位置，对于魔方的初始位置摆放要求较高，且翻转魔方需要对称的两机械手同时旋转九十度实现魔方翻转，控制要求高，不利于实现。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种自动解魔方装置，结构简单，成本较低，而且魔方还原速度快。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种自动解魔方装置，包括主控机构，主控机构控制连接有传送机构、拍照机构和还原机构，主控机构控制传送机构将待解魔方依次传送到拍照机构和还原机构；所述传送机构包括两个并列设置的传送带，两个传送带之间固定连接有透明支撑板，透明支撑板上开设有用于放置待解魔方的卡槽，卡槽的底部开设有一个通槽，通槽贯通透明支撑板的下表面，且通槽小于卡槽；所述拍照机构包括六个摄像头，六个摄像头分别用于拍摄待解魔方的六个侧面；所述还原机构包括呈正方体结构的主体框架，主体框架上固定设置有六个直线位移单元，六个直线位移单元分别与主体框架的六个侧面相垂直，每个直线位移单元均驱动连接有一个步进电机，步进电机的输出轴上固定设置有连接头，六个连接头分别与待解魔方六个侧面的中心固定连接。

进一步地，所述拍照机构还包括主箱体，主箱体的两个相对设置的箱壁小于其余四个箱壁，从而在主箱体的下部形成用于供所述传送机构穿过的通道，这两个箱壁上各固定设置有一个第二摄像头，第二摄像头向下倾斜设置并且朝向主箱体的中心，主箱体的其余四个箱壁的中部各固定设置有一个第一摄像头，第一摄像头的拍摄方向与所在的箱壁相互垂直并且朝向主箱体的中心。

进一步地，所述主箱体的其中一个侧壁上还设置有第一接近开关，第一接近开关的感应方向朝向主箱体的中心。

进一步地，所述主体框架的每个侧面上都设置有两个支撑杆，两个支撑杆之间固定连接有一个L型板，L型板由相互垂直的贴合板和延伸板组成，其中贴合板与主体框架的侧面平齐，延伸板向主体框架的内部延伸，所述直线位移单元与延伸板固定连接。

进一步地，所述直线位移单元包括一个固定件，固定件由固定板和一体连接在固定板两端的端板组成，其中固定板与所述延伸板固定连接，固定件上设置有直线导轨滑台，所述步进电机与直线导轨滑台相连接。

进一步地，其中两个相对设置的所述步进电机朝向所述主体框架的中心。

进一步地，所述主体框架上还固定设置有第二接近开关，第二接近开关的感应方向朝向主体框架的中心。

有益效果：本发明通过步进电机和连接头的配合，从魔方的每个侧面的中心处对其施力来实现扭动魔方和还原魔方的目的，与传统的通过机械爪钳住魔方边缘的方式相比，结构更加简单，占用空间小，而且对于任意大小的魔方均可以使用。而且，本发明将拍照机构和还原机构分离开，摄像头和步进电机都能直接地对魔方产生作用，互不影响，从而降低了控制程序设计的复杂度。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是本发明的传送机构和拍照机构的示意图；

图3是本发明的还原机构的示意图。

附图标记：1、传送带，2、透明支撑板，3、卡槽，4、第一摄像头，5、主箱体，6、第二摄像头，7、通道，8、第一接近开关，9、主体框架，10、支撑杆，11、支撑板，12、固定件，13、直线位移单元，14、步进电机，15、连接头，16、第二接近开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至3，图1是本发明的整体结构框图，图2是本发明的传送机构和拍照机构的示意图，图3是本发明的还原机构的示意图。

一种自动解魔方装置，包括主控机构，主控机构控制连接有传送机构、拍照机构和还原机构，主控机构控制传送机构将待解魔方依次传送到拍照机构和还原机构。

主控机构可以是计算机，计算机与传送机构、拍照机构和还原机构均控制连接。

传送机构包括两个并列设置的传送带1，两个传送带1之间固定连接有透明支撑板2，透明支撑板2上开设有用于放置待解魔方的卡槽3，卡槽3的底部开设有一个通槽，通槽贯通透明支撑板2的下表面，且通槽小于卡槽3。卡槽3与通槽配合形成一个台阶结构，待解魔方防止在台阶结构上。

拍照机构包括主箱体5，主箱体5的两个相对设置的箱壁小于其余四个箱壁，从而在主箱体5的下部形成用于供传送机构穿过的通道7，这两个箱壁上各固定设置有一个第二摄像头6，第二摄像头6向下倾斜设置并且朝向主箱体5的中心，主箱体5的其余四个箱壁的中部各固定设置有一个第一摄像头4，第一摄像头4的拍摄方向与所在的箱壁相互垂直并且朝向主箱体5的中心。主箱体5的其中一个侧壁上还设置有第一接近开关8，第一接近开关8的感应方向朝向主箱体5的中心。四个第一摄像头4和两个第二摄像头6合计六个摄像头，六个摄像头分别用于拍摄待解魔方的六个侧面。六个摄像头和第一接近开关8均与计算机电连接。

因为拍照的时候需要从待解魔方的六个侧面进行拍照，所以每个侧面都不能被遮挡，因此前述的透明支撑板2设置为透明材质，具体可以设置为亚克力材质，从而能够从下方对待解魔方进行拍摄。而且因为要使待解魔方从主体箱5的中心处经过，所以两个第二摄像头6不能直接朝向主体箱5的中心，否则会挡住待解魔方的移动路线，因此使两个摄像头6向下倾斜设置，这样能够保证四个第一摄像头4拍摄到的图像是大小相等的，从而降低后续解魔方过程的复杂程度。

还原机构包括呈正方体结构的主体框架9，主体框架9的每个侧面上都设置有两个支撑杆10，两个支撑杆10之间固定连接有一个L型板，L型板由相互垂直的贴合板和延伸板组成，其中贴合板与主体框架9的侧面平齐，延伸板向主体框架9的内部延伸，每个延伸板都固定连接有一个直线位移单元13，直线位移单元13合计六个，六个直线位移单元13分别与主体框架9的六个侧面相垂直。直线位移单元13包括一个固定件12，固定件12由固定板和一体连接在固定板两端的端板组成，其中固定板与延伸板固定连接，固定件12上设置有直线导轨滑台，每个直线位移单元13的滑台均驱动连接有一个步进电机14，其中两个相对设置的步进电机14朝向主体框架9的中心，并且这两个步进电机14一个垂直向下，另外一个垂直向上。步进电机14的输出轴上固定设置有连接头15，连接头15呈长方体结构，六个连接头15分别与待解魔方六个侧面的中心固定连接。主体框架9上还固定设置有第二接近开关16，第二接近开关16的感应方向朝向主体框架9的中心。六个直线位移单元13和六个步进电机14均与计算机电连接。

解魔方时，首先将待解魔方六个侧面上的中心块拆下，然后将待解魔方放到透明支撑板2的卡槽3上，然后利用计算机控制传送机构的两个传送带1启动，两个传送带1带动透明支撑板2向拍照机构移动，从而带动待解魔方向拍照机构移动。当待解魔方从通道7进入到主箱体5内部的中心处时，第一接近开关7触发，计算机控制第一摄像头4和第二6启动，对待解魔方进行拍照，从而获取待解魔方六个侧面的颜色信息。随后由计算机根据解魔方公式得出解魔方的步骤，进而转换成还原机构的动作。接着传送机构继续将待解魔方送到还原机构中，当待解魔方到达主体框架9的中心处时，第二接近开关16触发，计算机控制传送机构停止，然后控制还原机构对待解魔方进行还原。为了保证六个步进电机14能够准确地夹持住待解魔方，所以待解魔方的传送方向应该与其中的一个步进电机14的输出方向相互平行，这样所有步进电机14的输出方向都可以与待解魔方的侧面一一对应地垂直，为了使步进电机14不会遮挡住待解魔方的传送路线，所以只有两个步进电机14是朝向主体框架9的中心的，这两个步进电机14配合用于调节待解魔方在主体框架9内的位置。

还原过程中，垂直向下和垂直向上的两个步进电机14同时加大输出量，从上方和下方将连接头15插入到待解魔方上面和下面的中心处，从而将待解魔方夹持住。随后锤子和向下的步进电机14减小输出量，而垂直向上的步进电机14加大输出量，从而带动待解魔方向上移动，直到待解魔方与其余四个步进电机14位于同一水平面时停止。之后其余四个步进电机14加大输出量，将其余四个连接头15与待解魔方的其余四个侧面相连接。最后六个步进电机14在计算机的控制下，按照前述得到的解魔方的步骤转动魔方进行还原，得到已解魔方。

本发明通过步进电机14和连接头15的配合，从魔方的每个侧面的中心处对其施力来实现扭动魔方和还原魔方的目的，与传统的通过机械爪钳住魔方边缘的方式相比，结构更加简单，占用空间小，而且对于任意大小的魔方均可以使用。而且，本发明将拍照机构和还原机构分离开，摄像头和步进电机14都能直接地对魔方产生作用，互不影响，从而降低了控制程序设计的复杂度。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种自动解魔方装置，其特征在于：包括主控机构，主控机构控制连接有传送机构、拍照机构和还原机构，主控机构控制传送机构将待解魔方依次传送到拍照机构和还原机构；

所述传送机构包括两个并列设置的传送带（1），两个传送带（1）之间固定连接有透明支撑板（2），透明支撑板（2）上开设有用于放置待解魔方的卡槽（3），卡槽（3）的底部开设有一个通槽，通槽贯通透明支撑板（2）的下表面，且通槽小于卡槽（3）；

所述拍照机构包括六个摄像头，六个摄像头分别用于拍摄待解魔方的六个侧面；

所述还原机构包括呈正方体结构的主体框架（9），主体框架（9）上固定设置有六个直线位移单元（13），六个直线位移单元（13）分别与主体框架（9）的六个侧面相垂直，每个直线位移单元（13）均驱动连接有一个步进电机（14），步进电机（14）的输出轴上固定设置有连接头（15），六个连接头（15）分别与待解魔方六个侧面的中心固定连接。

2.如权利要求1所述的一种自动解魔方装置，其特征在于：所述拍照机构还包括主箱体（5），主箱体（5）的两个相对设置的箱壁小于其余四个箱壁，从而在主箱体（5）的下部形成用于供所述传送机构穿过的通道（7），这两个箱壁上各固定设置有一个第二摄像头（6），第二摄像头（6）向下倾斜设置并且朝向主箱体（5）的中心，主箱体（5）的其余四个箱壁的中部各固定设置有一个第一摄像头（4），第一摄像头（4）的拍摄方向与所在的箱壁相互垂直并且朝向主箱体（5）的中心。

3.如权利要求2所述的一种自动解魔方装置，其特征在于：所述主箱体（5）的其中一个侧壁上还设置有第一接近开关（8），第一接近开关（8）的感应方向朝向主箱体（5）的中心。

4.如权利要求1所述的一种自动解魔方装置，其特征在于：所述主体框架（9）的每个侧面上都设置有两个支撑杆（10），两个支撑杆（10）之间固定连接有一个L型板，L型板由相互垂直的贴合板和延伸板组成，其中贴合板与主体框架（9）的侧面平齐，延伸板向主体框架（9）的内部延伸，所述直线位移单元（13）与延伸板固定连接。

5.如权利要求4所述的一种自动解魔方装置，其特征在于：所述直线位移单元（13）包括一个固定件（12），固定件（12）由固定板和一体连接在固定板两端的端板组成，其中固定板与所述延伸板固定连接，固定件（12）上设置有直线导轨滑台，所述步进电机（14）与直线导轨滑台相连接。

6.如权利要求1所述的一种自动解魔方装置，其特征在于：其中两个相对设置的所述步进电机（14）朝向所述主体框架（9）的中心。

7.如权利要求1所述的一种自动解魔方装置，其特征在于：所述主体框架（9）上还固定设置有第二接近开关（16），第二接近开关（16）的感应方向朝向主体框架（9）的中心。