CN109366505A - 双臂解魔方机器人及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双臂解魔方机器人及其使用方法，双臂解魔方机器人包括第一机器臂、第二机器臂、控制箱、控制板、驱动控制机构、机器支架、摄像装置，控制板、驱动控制机构分别安装在控制箱内，所述摄像装置、机器支架分别安装在控制箱的顶面上，第一机器臂、第一机器臂分别安装在机器支架上，第一机器臂、第二机器臂的轴线相互垂直交汇形成魔方夹提位；摄像装置的摄像方向朝向魔方夹提位；第一机器臂、第一机器臂分别通过驱动控制机构与控制板电性连接，摄像装置与控制板电性连接。该双臂解魔方机器人无需改动魔方本体，同时降低了制造成本，降低了现有机器人颜色识别的误判率，双臂的协同运作更好的还原了人在解魔方时的思考行动方式。

Description

双臂解魔方机器人及其使用方法

技术领域

本发明涉及机器人应用技术领域，尤其涉及一种双臂解魔方机器人及其使用方法。

背景技术

现有的解魔方机器人大都通过电机带动固定在魔方中心块的转轴，从而转动标准三阶魔方的六面来还原标准三阶魔方。这种方法需要对魔方本身的表面进行改造并且很难观测到整个魔方还原的过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双臂解魔方机器人及其使用方法，该双臂解魔方机器人无需改动魔方本体，同时降低了制造成本，降低了现有机器人颜色识别的误判率，双臂的协同运作更好的还原了人在解魔方时的思考行动方式。

其技术方案如下：

双臂解魔方机器人，包括第一机器臂、第二机器臂、控制箱、控制板、驱动控制机构、机器支架、摄像装置，控制板、驱动控制机构分别安装在控制箱内，所述摄像装置、机器支架分别安装在控制箱的顶面上，第一机器臂、第一机器臂分别安装在机器支架上，第一机器臂、第二机器臂的轴线相互垂直交汇形成魔方夹提位；摄像装置的摄像方向朝向魔方夹提位；第一机器臂、第一机器臂分别通过驱动控制机构与控制板电性连接，摄像装置与控制板电性连接。

所述第一机器臂包括第一步进电机、第一联轴器、第一气缸、第一气动夹爪，所述第一气缸通过所述第一联轴器安装在第一步进电机上，所述第一气动夹爪安装在所述第一气缸上；所述第二机器臂包括第二步进电机、第二联轴器、第二气缸、第二气动夹爪，所述第二气缸通过所述第二联轴器安装在第二步进电机上，所述第二气动夹爪安装在所述第二气缸上；所述第一步进电机、第一气缸、第二步进电机、第二气缸分别与所述驱动控制机构电性连接。

所述驱动控制机构包括第一驱动器、第二驱动器，所述第一步进电机、第二步进电机分别与所述第一驱动器、第二驱动器电性连接。

所述驱动控制机构还包括第一气动控制器、第二气动控制器，所述第一气缸、第二气缸分别与所述第一气动控制器、第二气动控制器电性连接。

所述第一步进电机、第二步进电机分别具有第一电机转轴、第二电机转轴，所述第一联轴器、第二联轴器分别通过第一电机转轴、第二电机转轴与所述第一步进电机、第二步进电机连接。

所述第一气缸、第二气缸分别具有第一轴固定件、第二轴固定件，所述第一气动夹爪、第二气动夹爪分别通过所述第一轴固定件、第二轴固定件安装在所述第一气缸、第二气缸上。

所述摄像装置包括摄像支架、摄像机构，所述摄像支架包括第一侧架、第二侧架，所述第一侧架、第二侧架分别安装在控制箱的顶面上，且位于所述机器支架的两相反侧上，所述摄像机构包括第一摄像头、第二摄像头，所述第一摄像头、第二摄像头分别安装在所述第一侧架、第二侧架上，所述第一摄像头、第二摄像头的摄像方向朝向所述魔方夹提位，所述第一摄像头、第二摄像头分别与控制板电性连接。

所述摄像支架还包括顶架横梁，所述顶架横梁安装在所述机器支架的上方，所述摄像机构还包括第三摄像头，所述第三摄像头安装在所述顶架横梁上，所述第三摄像头的摄像方向朝向所述魔方夹提位，所述第三摄像头与控制板电性连接。

所述摄像机构还包括第一补光灯、第二补光灯，所述第一补光灯、第二补光灯分别安装在所述第一侧架、第二侧架上，所述第一补光灯、第二补光灯的灯光朝向所述魔方夹提位，所述第一补光灯、第二补光灯与所述控制板电性连接。

双臂解魔方机器人的使用方法，包括以下步骤：

将PC机与控制板建立连接；

将魔方安装在魔方夹提位上；

通过第一机器臂与第二机器臂相配合实现魔方的翻转，依次将魔方的六个面朝向摄像装置，利用摄像装置采集魔方的初始状态信息，即魔方各个面的原始形状及原始颜色信息，将魔方的初始状态信息储存到PC机；

PC机通过摄像装置对魔方进行形状捕捉以及颜色识别，从而获得颜色信息，将获取的颜色信息传输到魔方还原解算算法程序中进行运算，从而获得动作指令；

PC机输出动作指令给控制板；

控制板根据动作指令给驱动控制机构输出控制指令；

驱动控制机构通过第一机器臂、第二机器臂实现执行魔方的还原动作。

需要说明的是：

前述“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

下面对本发明的优点或原理进行说明：

1、本双臂解魔方机器人包括第一机器臂、第二机器臂、控制箱、控制板、驱动控制机构、机器支架、摄像装置，使用时，先将PC机与控制板建立连接；然后将魔方安装在魔方夹提位上；通过第一机器臂与第二机器臂相配合实现魔方的翻转，依次将魔方的六个面朝向摄像装置，利用摄像装置采集魔方的初始状态信息，即魔方各个面的原始形状及原始颜色信息，将魔方的初始状态信息储存到PC机上；PC机通过摄像装置对魔方进行形状捕捉以及颜色识别，从而获得颜色信息，将获取的颜色信息传输到魔方还原解算算法程序中进行运算，从而获得动作指令；接着，PC机输出动作指令给控制板；控制板根据动作指令给驱动控制机构输出控制指令；驱动控制机构通过第一机器臂、第二机器臂实现执行魔方的还原动作；

该双臂解魔方机器人无需改动魔方本体，同时降低了制造成本，降低了现有机器人颜色识别的误判率，双臂的协同运作更好的还原了人在解魔方时的思考行动方式。

2、第一机器臂包括第一步进电机、第一联轴器、第一气缸、第一气动夹爪，第一气缸为第一气动夹爪提供夹紧与放松动作，第一步进电机为第一气动夹爪提供旋转动作，第二机器臂包括第二步进电机、第二联轴器、第二气缸，第二气动夹爪，其原理与第一机器臂相同。

3、驱动控制机构包括第一驱动器，第二驱动器，第一驱动器，第二驱动器分别为第一步进电机、第二步进电机输出控制指令，能更好的控制第一步进电机、第二步进电机的旋转控制。

4、驱动控制机构还包括第一气动控制器、第二气动控制器，第一气动控制器、第二气动控制器分别为第一气缸、第二气缸输出控制指令，能更好的控制第一气缸、第二气缸的夹紧与放松动作。

5、第一联轴器、第二联轴器分别通过第一电机转轴、第二电机转轴与所述第一步进电机、第二步进电机连接，使第一气动夹爪、第二气动夹爪的旋转控制更为稳定。

6、第一气动夹爪、第二气动夹爪分别通过第一轴固定件、第二轴固定件安装在第一气缸、第二气缸上，使第一气动夹爪、第二气动夹爪的连接更为稳定、可靠。

7、摄像装置包括摄像支架、摄像机构，摄像机构包括第一摄像头、第二摄像头，第一摄像头、第二摄像头分别安装在魔方夹提位的两相反侧上，能更好的摄取魔方的图像信息。

8、摄像支架还包括顶架横梁，摄像机构还包括第三摄像头，在魔方夹提位的上方增设第三摄像，使魔方的图像信息摄取更为准确，提高图像信息识别准确率。

9、摄像机构还包括第一补光灯、第二补光灯，在魔方夹提位的两相反侧上增设第一补光灯、第二补光灯，提高摄像机构摄像的清晰度，降低图像信息识别的误判率。

附图说明

图1是本发明实施例双臂解魔方机器人的立体示意图。

图2是本发明实施例双臂解魔方机器人的正视图。

图3是本发明实施例双臂解魔方机器人的侧视图。

图4是本发明实施例双臂解魔方机器人的俯视图。

附图标记说明：

10、第一机器臂，11、第一步进电机，12、第一联轴器，13、第一气缸，131、第一轴固定件，14、第一气动夹爪，20、第二机器臂，21、第二步进电机，22、第二联轴器，23、第二气缸，231、第二轴固定件，24、第二气动夹爪，30、控制箱，40、控制板，50、驱动控制机构，51、第一驱动器，52、第二驱动器，53、第一气动控制器，54、第二气动控制器，60、机器支架，70、摄像装置，71、第一侧架，72、第二侧架，73、顶架横梁，74、第一摄像头，75、第二摄像头，76、第三摄像头，77、第一补光灯，78、第二补光灯，80、魔方。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

如图1至图4所示，双臂解魔方机器人，包括第一机器臂10、第二机器臂20、控制箱30、控制板40、驱动控制机构50、机器支架60、摄像装置70，控制板40、驱动控制机构50分别安装在控制箱30内，摄像装置70、机器支架60分别安装在控制箱30的顶面上，第一机器臂10、第一机器臂10分别安装在机器支架60上，第一机器臂10、第二机器臂20的轴线相互垂直交汇形成魔方夹提位；摄像装置70的摄像方向朝向魔方夹提位；第一机器臂10、第一机器臂10分别通过驱动控制机构50与控制板40电性连接，摄像装置70与控制板40电性连接。

其中，第一机器臂10包括第一步进电机11、第一联轴器12、第一气缸13、第一气动夹爪14，第一气缸13通过第一联轴器12安装在第一步进电机11上，第一气动夹爪14安装在第一气缸13上；第二机器臂20包括第二步进电机21、第二联轴器22、第二气缸23、第二气动夹爪24，第二气缸23通过第二联轴器22安装在第二步进电机21上，第二气动夹爪24安装在第二气缸23上；第一步进电机11、第一气缸13、第二步进电机21、第二气缸23分别与驱动控制机构50电性连接；

驱动控制机构50包括第一驱动器51、第二驱动器52、第一气动控制器53、第二气动控制器54，第一步进电机11、第二步进电机21分别与第一驱动器51、第二驱动器52电性连接；第一气缸13、第二气缸23分别与第一气动控制器53、第二气动控制器54电性连接；

第一步进电机11、第二步进电机21分别具有第一电机转轴、第二电机转轴，第一联轴器12、第二联轴器22分别通过第一电机转轴、第二电机转轴与第一步进电机11、第二步进电机21连接；

第一气缸13、第二气缸23分别具有第一轴固定件131、第二轴固定件231，第一气动夹爪14、第二气动夹爪24分别通过第一轴固定件131、第二轴固定件231安装在第一气缸13、第二气缸23上；

摄像装置70包括摄像支架、摄像机构，摄像支架包括第一侧架71、第二侧架72、顶架横梁73，第一侧架71、第二侧架72分别安装在控制箱30的顶面上，且位于所述机器支架60的两相反侧上，顶架横梁73安装在机器支架60的上方，摄像机构包括第一摄像头74、第二摄像头75、第三摄像头76、第一补光灯77、第二补光灯78，第一摄像头74、第二摄像头75、第三摄像头76分别安装在第一侧架71、第二侧架72、顶架横梁73上，所述第一摄像头74、第二摄像头75、第三摄像头76的摄像方向朝向所述魔方夹提位，第一摄像头74、第二摄像头75、第三摄像头76分别与控制板40电性连接；

第一补光灯77、第二补光灯78分别安装在第一侧架71、第二侧架72上，第一补光灯77、第二补光灯78的灯光朝向魔方夹提位，第一补光灯77、第二补光灯78与控制板40电性连接。

双臂解魔方机器人的使用方法，包括以下步骤：

将PC机与控制板40建立连接；

将魔方80安装在魔方夹提位上；

通过第一机器臂10与第二机器臂20相配合实现魔方80的翻转，依次将魔方80的六个面朝向摄像装置70，利用摄像装置70采集魔方80的初始状态信息，即魔方80各个面的原始形状及原始颜色信息，将魔方80的初始状态信息储存到PC机；

PC机通过摄像装置70对魔方80进行形状捕捉以及颜色识别，从而获得颜色信息，将获取的颜色信息传输到魔方80还原解算算法程序中进行运算，从而获得动作指令；

PC机输出动作指令给控制板40；

控制板40根据动作指令给驱动控制机构50输出控制指令；

驱动控制机构50通过第一机器臂10、第二机器臂20实现执行魔方80的还原动作。

本实施例具有如下优点：

1、本双臂解魔方机器人包括第一机器臂10、第二机器臂20、控制箱30、控制板40、驱动控制机构50、机器支架60、摄像装置70，使用时，先将PC机与控制板40建立连接；然后将魔方80安装在魔方夹提位上；通过第一机器臂10与第二机器臂20相配合实现魔方80的翻转，依次将魔方80的六个面朝向摄像装置70，利用摄像装置70采集魔方80的初始状态信息，即魔方80各个面的原始形状及原始颜色信息，将魔方80的初始状态信息储存到PC机上；PC机通过摄像装置70对魔方80进行形状捕捉以及颜色识别，从而获得颜色信息，将获取的颜色信息传输到魔方80还原解算算法程序中进行运算，从而获得动作指令；接着，PC机输出动作指令给控制板40；控制板40根据动作指令给驱动控制机构50输出控制指令；驱动控制机构50通过第一机器臂10、第二机器臂20实现执行魔方80的还原动作；

该双臂解魔方机器人无需改动魔方80本体，同时降低了制造成本，降低了现有机器人颜色识别的误判率，双臂的协同运作更好的还原了人在解魔方80时的思考行动方式。

2、第一机器臂10包括第一步进电机11、第一联轴器12、第一气缸13、第一气动夹爪14，第一气缸13为第一气动夹爪14提供夹紧与放松动作，第一步进电机11为第一气动夹爪14提供旋转动作，第二机器臂20包括第二步进电机21、第二联轴器22、第二气缸23，第二气动夹爪24，其原理与第一机器臂10相同。

3、驱动控制机构50包括第一驱动器51，第二驱动器52，第一驱动器51，第二驱动器52分别为第一步进电机11、第二步进电机21输出控制指令，能更好的控制第一步进电机11、第二步进电机21的旋转控制。

4、驱动控制机构50还包括第一气动控制器53、第二气动控制器54，第一气动控制器53、第二气动控制器54分别为第一气缸13、第二气缸23输出控制指令，能更好的控制第一气缸13、第二气缸23的夹紧与放松动作。

5、第一联轴器12、第二联轴器22分别通过第一电机转轴、第二电机转轴与所述第一步进电机11、第二步进电机21连接，使第一气动夹爪14、第二气动夹爪24的旋转控制更为稳定。

6、第一气动夹爪14、第二气动夹爪24分别通过第一轴固定件131、第二轴固定件231安装在第一气缸13、第二气缸23上，使第一气动夹爪14、第二气动夹爪24的连接更为稳定、可靠。

7、摄像装置70包括摄像支架、摄像机构，摄像机构包括第一摄像头74、第二摄像头75，第一摄像头74、第二摄像头75分别安装在魔方夹提位的两相反侧上，能更好的摄取魔方80的图像信息。

8、摄像支架还包括顶架横梁73，摄像机构还包括第三摄像头76，在魔方夹提位的上方增设第三摄像，使魔方80的图像信息摄取更为准确，提高图像信息识别准确率。

9、摄像机构还包括第一补光灯77、第二补光灯78，在魔方夹提位的两相反侧上增设第一补光灯77、第二补光灯78，提高摄像机构摄像的清晰度，降低图像信息识别的误判率。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.双臂解魔方机器人，其特征在于，包括第一机器臂、第二机器臂、控制箱、控制板、驱动控制机构、机器支架、摄像装置，控制板、驱动控制机构分别安装在控制箱内，所述摄像装置、机器支架分别安装在控制箱的顶面上，第一机器臂、第一机器臂分别安装在机器支架上，第一机器臂、第二机器臂的轴线相互垂直交汇形成魔方夹提位；摄像装置的摄像方向朝向魔方夹提位；第一机器臂、第一机器臂分别通过驱动控制机构与控制板电性连接，摄像装置与控制板电性连接。

2.如权利要求1所述的双臂解魔方机器人，其特征在于，所述第一机器臂包括第一步进电机、第一联轴器、第一气缸、第一气动夹爪，所述第一气缸通过所述第一联轴器安装在第一步进电机上，所述第一气动夹爪安装在所述第一气缸上；所述第二机器臂包括第二步进电机、第二联轴器、第二气缸、第二气动夹爪，所述第二气缸通过所述第二联轴器安装在第二步进电机上，所述第二气动夹爪安装在所述第二气缸上；所述第一步进电机、第一气缸、第二步进电机、第二气缸分别与所述驱动控制机构电性连接。

3.如权利要求2所述的双臂解魔方机器人，其特征在于，所述驱动控制机构包括第一驱动器、第二驱动器，所述第一步进电机、第二步进电机分别与所述第一驱动器、第二驱动器电性连接。

4.如权利要求3所述的双臂解魔方机器人，其特征在于，所述驱动控制机构还包括第一气动控制器、第二气动控制器，所述第一气缸、第二气缸分别与所述第一气动控制器、第二气动控制器电性连接。

5.如权利要求2所述的双臂解魔方机器人，其特征在于，所述第一步进电机、第二步进电机分别具有第一电机转轴、第二电机转轴，所述第一联轴器、第二联轴器分别通过第一电机转轴、第二电机转轴与所述第一步进电机、第二步进电机连接。

6.如权利要求2所述的双臂解魔方机器人，其特征在于，所述第一气缸、第二气缸分别具有第一轴固定件、第二轴固定件，所述第一气动夹爪、第二气动夹爪分别通过所述第一轴固定件、第二轴固定件安装在所述第一气缸、第二气缸上。

7.如权利要求1至6任一项所述的双臂解魔方机器人，其特征在于，所述摄像装置包括摄像支架、摄像机构，所述摄像支架包括第一侧架、第二侧架，所述第一侧架、第二侧架分别安装在控制箱的顶面上，且位于所述机器支架的两相反侧上，所述摄像机构包括第一摄像头、第二摄像头，所述第一摄像头、第二摄像头分别安装在所述第一侧架、第二侧架上，所述第一摄像头、第二摄像头的摄像方向朝向所述魔方夹提位，所述第一摄像头、第二摄像头分别与控制板电性连接。

8.如权利要求7所述的双臂解魔方机器人，其特征在于，所述摄像支架还包括顶架横梁，所述顶架横梁安装在所述机器支架的上方，所述摄像机构还包括第三摄像头，所述第三摄像头安装在所述顶架横梁上，所述第三摄像头的摄像方向朝向所述魔方夹提位，所述第三摄像头与控制板电性连接。

9.如权利要求7所述的双臂解魔方机器人，其特征在于，所述摄像机构还包括第一补光灯、第二补光灯，所述第一补光灯、第二补光灯分别安装在所述第一侧架、第二侧架上，所述第一补光灯、第二补光灯的灯光朝向所述魔方夹提位，所述第一补光灯、第二补光灯与所述控制板电性连接。

10.双臂解魔方机器人的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将PC机与控制板建立连接；

将魔方安装在魔方夹提位上；

通过第一机器臂与第二机器臂相配合实现魔方的翻转，依次将魔方的六个面朝向摄像装置，利用摄像装置采集魔方的初始状态信息，即魔方各个面的原始形状及原始颜色信息，将魔方的初始状态信息储存到PC机；

PC机通过摄像装置对魔方进行形状捕捉以及颜色识别，从而获得颜色信息，将获取的颜色信息传输到魔方还原解算算法程序中进行运算，从而获得动作指令；

PC机输出动作指令给控制板；

控制板根据动作指令给驱动控制机构输出控制指令；

驱动控制机构通过第一机器臂、第二机器臂实现执行魔方的还原动作。