CN110842943B - 魔方求解机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种魔方求解机。本发明一种魔方求解机，包括：底架、控制器、图像获取装置和固定在所述底架上的魔方驱动组件；所述控制器根据所述图像获取装置获取的魔方的图像控制所述魔方驱动组件驱动魔方；所述魔方驱动组件包括底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置、右面夹持旋转装置、四面联动装置和邻面联动装置；所述底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置分别用于对魔方的底面、顶面、前面、后面、左面和右面进行夹持后进行旋转。本发明的有益效果：多面联动快速求解魔方。

Description

魔方求解机

技术领域

本发明涉及魔方领域，具体涉及一种魔方求解机。

背景技术

魔方玩具是目前最为流行的智力玩具之一，复原任意初态的魔方公认具有相当的难度。因此出现了通过机器解算自动还原魔方的技术。不妨将能够取代人工操作、自动复原魔方的机构简称作“魔方求解机”。

传统技术存在以下技术问题：

专利CN201410111047.5展示的是一种单面执行旋转求解的结构，不能多面联动快速求解魔方的技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种魔方求解机，多面联动快速求解魔方。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种魔方求解机，包括：底架、控制器、图像获取装置和固定在所述底架上的魔方驱动组件；所述控制器根据所述图像获取装置获取的魔方的图像控制所述魔方驱动组件驱动魔方；

所述魔方驱动组件包括底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置、右面夹持旋转装置、四面联动装置和邻面联动装置；

所述底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置分别用于对魔方的底面、顶面、前面、后面、左面和右面进行夹持后进行旋转；

所述四面联动装置用于使所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置同时靠近或者远离魔方；

在所述邻面联动装置的作用下，所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置或右面夹持旋转装置靠近或者远离魔方时驱动所述顶面夹持旋转装置同时靠近或者远离魔方。

本发明的有益效果：

多面联动快速求解魔方。

在其中一个实施例中，所述图像获取装置包括两个相机；所述两个相机分别位于魔方相距最远的两个角。

在其中一个实施例中，所述底架底部设置防滑支撑脚。

在其中一个实施例中，所述底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置都包括夹持旋转电机和被所述夹持旋转电机驱动的夹持块。

在其中一个实施例中，所述夹持块用于夹持魔方的一组相对的边。

在其中一个实施例中，所述夹持块用于夹持魔方的一个面的中心块的一组相对的边。

在其中一个实施例中，所述夹持块包括匚型卡块和固定在所述匚型卡块中间的顶块。

在其中一个实施例中，所述四面联动装置包括中心旋转电机、两个齿轮、四个齿条、四个滑轨和四个连接件；

所述四个连接件的上端分别支撑所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置，所述四个连接件的下端与所述滑轨滑动配合；

所述中心旋转电机驱动所述两个齿轮；所述两个齿轮中的一个齿轮与所述四个齿条中的两个互相平行的齿条配合，剩下的一个齿轮与所述四个齿条中其余的两个互相平行的齿条配合；所述齿条远离所述中心旋转电机的一端固定在所述连接件上。

在其中一个实施例中，所述邻面联动装置包括顶面固定板、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一连接块和第二连接块；

所述顶面固定板的一端与所述底架铰接；

所述第一连杆的一端与所述顶面固定板铰接；所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端与所述第一连接块的一端铰接；所述第一连接块远离所述第一连杆的一端与所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置或右面夹持旋转装置固定连接；

所述第三连杆的两端分别与所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端铰接和所述第二连杆的一端铰接；

所述第二连杆远离所述第三连杆的一端与所述顶面固定板铰接；所述第一连杆和所述顶面固定板的铰接处位于所述第二连杆和所述顶面固定板的铰接处与所述顶面固定板和所述底架的铰接处之间；

所述第二连接块的一端与所述顶面夹持旋转装置固定连接；所述第二连接块远离所述顶面夹持旋转装置的一端设有滑动通槽；所述第二连杆和所述第三连杆的铰接处在所述滑动通槽内来回运动。

在其中一个实施例中，所述第一连接块靠近所述第一连杆的一端设有卡槽，所述卡槽用于卡住所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端；所述第一连接块靠近所述卡槽处设有避让槽；所述避让槽用于通过所述第三连杆。

附图说明

图1是本发明实施例中魔方求解机的整体结构示意图。

图2是本发明实施例中魔方求解机的局部示意图。

图3是本发明实施例中魔方求解机中四面联动装置的示意图。(需要注意的是，连接件只示出了一部分)

图4是本发明实施例中魔方求解机中邻面联动装置的示意图。

图5是本发明实施例中魔方求解机中相机的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种邻面联动机构，包括：顶面夹持旋转装置、侧面夹持旋转装置和邻面联动装置；

所述顶面夹持旋转装置和侧面夹持旋转装置分别用于对魔方的顶面和侧面进行夹持后进行旋转；

邻面联动装置包括顶面固定板、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一连接块和第二连接块；

所述第一连杆的一端与所述顶面固定板铰接；所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端与所述第一连接块的一端铰接；所述第一连接块远离所述第一连杆的一端与所述侧面夹持旋转装置固定连接；

所述第三连杆的两端分别与所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端铰接和所述第二连杆的一端铰接；

所述第二连杆远离所述第三连杆的一端与所述顶面固定板铰接；所述第一连杆和所述顶面固定板的铰接处位于所述第二连杆和所述顶面固定板的铰接处与所述顶面固定板和所述底架的铰接处之间；

所述第二连接块的一端与所述顶面夹持旋转装置固定连接；所述第二连接块远离所述顶面夹持旋转装置的一端设有滑动通槽；所述第二连杆和所述第三连杆的铰接处在所述滑动通槽内来回运动。

在其中一个实施例中，所述第一连接块靠近所述第一连杆的一端设有卡槽，所述卡槽用于卡住所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端；所述第一连接块靠近所述卡槽处设有避让槽；所述避让槽用于通过所述第三连杆。

在其中一个实施例中，所述夹持块用于夹持魔方的一组相对的边。

在其中一个实施例中，所述夹持块用于夹持魔方的一个面的中心块的一组相对的边。

在其中一个实施例中，所述夹持块包括匚型卡块。

在其中一个实施例中，所述夹持块还包括固定在所述匚型卡块中间的顶块。

在其中一个实施例中，所述顶块的材料是橡胶。这样的话，顶块可以更好地顶住魔方一个面的中心块，增大旋转时的摩擦力。

在其中一个实施例中，所述夹持旋转电机是步进电机。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种魔方求解机，包括任一项所述的邻面联动机构。使用时，只需要把邻面联动机构的顶面固定板的一端与魔方求解机的底架铰接。

本发明的有益效果：提供了一种邻面联动机构，采用该邻面联动机构的魔方求解机，可以实现侧面夹持旋转装置和顶面夹持旋转装置同时靠近或者远离魔方。

一种四面联动机构，包括：前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置、右面夹持旋转装置和四面联动装置；

所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置、右面夹持旋转装置分别用于对魔方的前面、后面、左面和右面进行夹持后进行旋转；

所述四面联动装置包括中心旋转电机、两个齿轮、四个齿条、四个滑轨和四个连接件；

所述四个连接件的上端分别支撑所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置，所述四个连接件的下端与所述滑轨滑动配合；

所述中心旋转电机驱动所述两个齿轮；所述两个齿轮中的一个齿轮与所述四个齿条中的两个互相平行的齿条配合，剩下的一个齿轮与所述四个齿条中其余的两个互相平行的齿条配合；所述齿条远离所述中心旋转电机的一端固定在所述连接件上。

在其中一个实施例中，所述中心旋转电机是步进电机。

在其中一个实施例中，所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置都包括夹持旋转电机和被所述夹持旋转电机驱动的夹持块。

在其中一个实施例中，所述夹持块用于夹持魔方的一组相对的边。

在其中一个实施例中，所述夹持块用于夹持魔方的一个面的中心块的一组相对的边。

在其中一个实施例中，所述夹持块包括匚型卡块。

在其中一个实施例中，所述夹持块还包括固定在所述匚型卡块中间的顶块。

在其中一个实施例中，所述顶块的材料是橡胶。这样的话，顶块可以更好地顶住魔方一个面的中心块，增大旋转时的摩擦力。

在其中一个实施例中，所述夹持旋转电机是步进电机。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种魔方求解机，包括任一项所述的四面联动机构。使用时，只需要把四面联动机构固定在魔方求解机的底架上。

本发明的有益效果：提供了一种四面联动机构，采用该四面联动机构的魔方求解机，可以实现四个侧面夹持旋转装置同时靠近或者远离魔方。

可以理解，为了更方便地理解本发明的四面联动机构，下面介绍一个采用本发明的四面联动机构的魔方求解机一个可能的例子，下面的例子中魔方求解机是五个面的夹持旋转装置同时联动，但是本发明的四面联动机构的魔方求解机可以仅仅是只有四个侧面的夹持旋转装置同时联动，剩下的两个面的夹持旋转装置各自独立运动。可以理解，为了下面的行文方便，前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置、右面夹持旋转装置和四面联动装置等五个装置共同组成本发明的四面联动机构。

可以理解，为了更方便地理解本发明的邻面联动机构，下面介绍一个采用本发明的邻面联动机构的魔方求解机一个可能的例子，下面的例子中魔方求解机是五个面的夹持旋转装置同时联动，但是本发明的邻面联动机构的魔方求解机可以仅仅是只有两侧面的夹持旋转装置同时联动，即侧面夹持旋转装置和顶面夹持旋转装置同时靠近或者远离魔方，剩下的四个面的夹持旋转装置各自独立运动。可以理解，为了下面的行文方便，侧面夹持旋转装置(即前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置或右面夹持旋转装置)和邻面联动装置等两个装置共同组成本发明的邻面联动机构。

参阅图1到图5，一种魔方求解机，包括：底架100、控制器200、图像获取装置和固定在所述底架上的魔方驱动组件；所述控制器根据所述图像获取装置获取的魔方的图像控制所述魔方驱动组件驱动魔方。

所述魔方驱动组件包括底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置、右面夹持旋转装置、四面联动装置和邻面联动装置。

所述底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置分别用于对魔方的底面、顶面、前面、后面、左面和右面进行夹持后进行旋转。

六个面的具体夹持旋转装置可以如下：所述底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置都包括夹持旋转电机400和被所述夹持旋转电机驱动的夹持块。

在其中一个实施例中，所述夹持块用于夹持魔方的一组相对的边。或者所述夹持块用于夹持魔方的一个面的中心块的一组相对的边。前者和后者分别是行业内通称的外夹方案和内夹方案。CN201410111047.5就展示了一种外夹方案，在此不再赘述。由于魔方共有12条边，采取适当的统筹布局，六面夹持旋转装置都可以采用外夹方案。当然也可以这样设置，六面夹持旋转装置可以部分采用外夹，部分采用内夹，本发明在此不做限定。

具体地，对于内夹方案，所述夹持块包括匚型卡块411。更优地，所述夹持块包括还固定在所述匚型卡块中间的顶块412。这样的话，顶块可以更好地顶住魔方一个面的中心块，增大旋转时的摩擦力。

所述四面联动装置用于使所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置同时靠近或者远离魔方。

具体地，所述四面联动装置包括中心旋转电机510、两个齿轮520、四个齿条530、四个滑轨540和四个连接件550；

所述四个连接件的上端分别支撑所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置，所述四个连接件的下端与所述滑轨滑动配合；

所述中心旋转电机驱动所述两个齿轮；所述两个齿轮中的一个齿轮与所述四个齿条中的两个互相平行的齿条配合，剩下的一个齿轮与所述四个齿条中其余的两个互相平行的齿条配合；所述齿条远离所述中心旋转电机的一端固定在所述连接件上。

通过一个中心旋转电机控制两个齿轮，两个齿轮和四个齿条的配合，这样的话，所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置就可以在滑轨同时前进或者后退。

在所述邻面联动装置的作用下，所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置或右面夹持旋转装置靠近或者远离魔方时驱动所述顶面夹持旋转装置同时靠近或者远离魔方。可以理解，邻面联动装置可以连接顶面夹持旋转装置和任一侧面夹持旋转装置，即所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置或右面夹持旋转装置。

具体地，所述邻面联动装置包括顶面固定板610、第一连杆620、第二连杆630、第三连杆640、第一连接块650和第二连接块660；

所述顶面固定板的一端与所述底架铰接；

所述第一连杆的一端与所述顶面固定板铰接；所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端与所述第一连接块的一端铰接；所述第一连接块远离所述第一连杆的一端与所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置或右面夹持旋转装置固定连接；

所述第三连杆的两端分别与所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端铰接和所述第二连杆的一端铰接；

所述第二连杆远离所述第三连杆的一端与所述顶面固定板铰接；所述第一连杆和所述顶面固定板的铰接处位于所述第二连杆和所述顶面固定板的铰接处与所述顶面固定板和所述底架的铰接处之间；

所述第二连接块的一端与所述顶面夹持旋转装置固定连接；所述第二连接块远离所述顶面夹持旋转装置的一端设有滑动通槽661；所述第二连杆和所述第三连杆的铰接处在所述滑动通槽内来回运动。

采用上述的连杆结构，任一侧面夹持旋转装置，即所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置或右面夹持旋转装置，在前进或者后退时，顶面夹持旋转装置同时下或上。

为了更方便地取放魔方，从底面夹持旋转装置的正上方放置魔方。(不采用下述方案，其它方案可以通过把四个侧面夹持旋转装置到魔方的距离大一点，从四周放置魔方。

所述第一连接块靠近所述第一连杆的一端设有卡槽651，所述卡槽用于卡住所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端；所述第一连接块靠近所述卡槽处设有避让槽652；所述避让槽用于通过所述第三连杆。也就是说，第一连杆和第一连接块的铰接是可以分离的。开始使用时，通过掀开顶面固定板，放置魔方，放下顶面固定板，住所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端卡入第一连接块靠近所述第一连杆的卡槽。启动四面联动装置，与顶面夹持旋转装置连接的侧面夹持旋转装置，就会通过上述连杆结构，使顶面夹持旋转装置夹持住魔方。可以理解，通过本发明的连杆结构，一方面可以起到顶面夹持旋转装置与侧面夹持旋转装置联动，同时顶面固定板作为放置魔方的通道。

本发明的有益效果：

多面联动快速求解魔方。先把魔方放置在底面夹持旋转装置上，通过所述四面联动装置和所述邻面联动装置同时作用，把其它五个夹持旋转装置同时夹持魔方的另外的五个面。然后，就是通过图像获取装置获取的魔方的图像，控制器根据魔方的图像控制六个夹持旋转装置进行不断动作。对方魔方的图像识别方法，本发明可以采用现有的各种识别方法，本发明在此不做限定。对于魔方的解法，也可以采用现有的求解算法，本发明在此不做限定。

在其中一个实施例中，所述图像获取装置包括两个相机；所述两个相机分别位于魔方相距最远的两个角。这样的话，对角设置，这样更好地获取魔方的全部图像。

在其中一个实施例中，所述底架底部设置防滑支撑脚700。这样的话，整个装置不容易滑动。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种魔方求解机，其特征在于，包括：底架、控制器、图像获取装置和固定在所述底架上的魔方驱动组件；所述控制器根据所述图像获取装置获取的魔方的图像控制所述魔方驱动组件驱动魔方；

所述魔方驱动组件包括底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置、右面夹持旋转装置、四面联动装置和邻面联动装置；

所述底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置分别用于对魔方的底面、顶面、前面、后面、左面和右面进行夹持后进行旋转；

所述四面联动装置用于使所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置同时靠近或者远离魔方；

在所述邻面联动装置的作用下，所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置或右面夹持旋转装置靠近或者远离魔方时驱动所述顶面夹持旋转装置同时靠近或者远离魔方；

其中，所述邻面联动装置包括顶面固定板、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一连接块和第二连接块；

所述顶面固定板的一端与所述底架铰接；

所述第一连杆的一端与所述顶面固定板铰接；所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端与所述第一连接块的一端铰接；所述第一连接块远离所述第一连杆的一端与所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置或右面夹持旋转装置固定连接；

所述第三连杆的两端分别与所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端铰接和所述第二连杆的一端铰接；

所述第二连杆远离所述第三连杆的一端与所述顶面固定板铰接；所述第一连杆和所述顶面固定板的铰接处位于所述第二连杆和所述顶面固定板的铰接处与所述顶面固定板和所述底架的铰接处之间；

所述第二连接块的一端与所述顶面夹持旋转装置固定连接；所述第二连接块远离所述顶面夹持旋转装置的一端设有滑动通槽；所述第二连杆和所述第三连杆的铰接处在所述滑动通槽内来回运动。

2.如权利要求1所述的魔方求解机，其特征在于，所述图像获取装置包括两个相机；所述两个相机分别位于魔方相距最远的两个角。

3.如权利要求1所述的魔方求解机，其特征在于，所述底架底部设置防滑支撑脚。

4.如权利要求1所述的魔方求解机，其特征在于，所述底面夹持旋转装置、顶面夹持旋转装置、前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置都包括夹持旋转电机和被所述夹持旋转电机驱动的夹持块。

5.如权利要求4所述的魔方求解机，其特征在于，所述夹持块用于夹持魔方的一组相对的边。

6.如权利要求4所述的魔方求解机，其特征在于，所述夹持块用于夹持魔方的一个面的中心块的一组相对的边。

7.如权利要求6所述的魔方求解机，其特征在于，所述夹持块包括匚型卡块和固定在所述匚型卡块中间的顶块。

8.如权利要求1所述的魔方求解机，其特征在于，所述四面联动装置包括中心旋转电机、两个齿轮、四个齿条、四个滑轨和四个连接件；

所述四个连接件的上端分别支撑所述前面夹持旋转装置、后面夹持旋转装置、左面夹持旋转装置和右面夹持旋转装置，所述四个连接件的下端与所述滑轨滑动配合；

所述中心旋转电机驱动所述两个齿轮；所述两个齿轮中的一个齿轮与所述四个齿条中的两个互相平行的齿条配合，剩下的一个齿轮与所述四个齿条中其余的两个互相平行的齿条配合；所述齿条远离所述中心旋转电机的一端固定在所述连接件上。

9.如权利要求1所述的魔方求解机，其特征在于，所述第一连接块靠近所述第一连杆的一端设有卡槽，所述卡槽用于卡住所述第一连杆远离所述顶面固定板的一端；所述第一连接块靠近所述卡槽处设有避让槽；所述避让槽用于通过所述第三连杆。

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