CN113842626A - 二阶六轴魔方学习机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种二阶六轴魔方学习机，包括三阶魔方本体、安装基座、内部驱动装置、内支撑件、外转轴、八个二阶角块及控制系统。安装基座上设有一外驱动单元；内部驱动装置包括中心机架和五个内驱动单元；五个内驱动单元设置于中心机架上；每个内驱动单元各连接至其中一个常规中心块；该内支撑件的两端分别连接中心机架和安装基座；该外转轴的第一端与连接中心块固定连接；该外转轴的第二端动力连接外驱动单元，能够在该外驱动单元的带动下转动；每个二阶角块各固定连接于其中一个三阶角块，以形成二阶六轴魔方；相邻的两个二阶角块之间形成有用于避免与外转轴干涉的缝隙；控制系统能够通过中心块带动相应的棱块和三阶角块转动。
Description
技术领域
本发明涉及魔方技术领域，尤其涉及一种二阶六轴魔方学习机。
背景技术
魔方，也称鲁比克方块。常见的魔方有二阶魔方和三阶魔方。现有的三阶魔方是由富于弹性的硬塑料制成的6面正方体。核心是六个轴，并由26个小正方体组成。三阶魔方包括六个中心块，只有一面有颜色；八个三阶角块，三阶角块三面有不同的颜色；十二个棱块，棱块两面有不同的颜色。玩具在初始位置时，小立方体的排列使大立方体的每一面都具有相同的颜色，这些中心块、棱块和三阶角块围合成一内部空间。当大立方体的某一面平动旋转时，其相邻的各面单一颜色便被破坏，而组成新图案立方体，再转再变化，形成每一面都由不同颜色的小方块拼成，玩法是将打乱的立方体通过转动尽快恢复成六面成单一颜色。
现有二阶魔方包括八个二阶角块，在二阶角块三面有不同的颜色。
现有二阶魔方，都需手动进行打乱、复原，进行自动展示魔方的动作，不利于进行魔方学习，由此在进行魔方教学演示时，阻碍观看者直观清楚的观察到魔方复原过程。现有二阶魔方结构也不适合通过内部转轴进行控制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够自动展示魔方的动作的二阶六轴魔方学习机。
本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一个方面，一种二阶六轴魔方学习机，包括三阶魔方本体，该三阶魔方本体包括六个中心块、十二个棱块和八个三阶角块，这些中心块、棱块和三阶角块围合成一内部空间，其特征在于，六个所述中心块为五个常规中心块和一个连接中心块；该二阶六轴魔方学习机还包括：
安装基座，位于所述三阶魔方本体之外，该安装基座上设有一外驱动单元；
内部驱动装置，设于所述三阶魔方本体的内部空间，包括中心机架和五个内驱动单元；五个所述内驱动单元设置于所述中心机架上；每个所述内驱动单元各连接至其中一个所述常规中心块，并能够带动与该内驱动单元相连的常规中心块转动；
内支撑件，该内支撑件的第一端穿过所述连接中心块后与所述中心机架固定连接，该内支撑件的第二端固定连接于所述安装基座；
外转轴，为套设于所述内支撑件的中空管状结构；该外转轴的第一端与所述连接中心块固定连接；该外转轴的第二端动力连接所述外驱动单元，能够在该外驱动单元的带动下转动；
八个二阶角块，每个二阶角块各固定连接于其中一个所述三阶角块，以形成二阶六轴魔方；相邻的两个二阶角块之间形成有用于避免与所述外转轴干涉的缝隙；
控制系统，能够控制所述外驱动单元和内驱动单元转动指定的角度，以带动所述中心块转动，并通过中心块带动相应的棱块和三阶角块转动。
根据本发明的一实施方式，所述安装基座位于所述三阶魔方本体的下方，所述内支撑件及外转轴呈竖直状态设置。
根据本发明的一实施方式，八个所述二阶角块可拆卸地连接于八个所述三阶角块上。
根据本发明的一实施方式，所述三阶角块包括通过磁性连接组件可拆卸连接的角块本体和三阶直角盖板，所述三阶直角盖板位于所述角块本体的外侧；所述二阶角块与所述角块本体通过磁性连接组件连接。
根据本发明的一实施方式，所述中心机架包括半球型的拼合固定在一起的上半球壳和下半球壳；所述中心机架上设有用于容纳所述内驱动单元的安装槽。
根据本发明的一实施方式，所述内驱动单元和所述外驱动单元包括伺服电机、步进电机或能够持续旋转的舵机中的一种或多种。
根据本发明的一实施方式，所述棱块包括通过磁性连接组件可拆卸连接的内层弧形块和外层直角块，所述内层弧形块的顶面为弧形面，且该弧形面低于所述三阶角块。
根据本发明的一实施方式，所述棱块的侧壁和所述三阶角块的侧壁上设有位置相对应的能够相互吸引的磁块。
根据本发明的一实施方式，所述中心块的四周侧壁上设有向外延伸的并且环绕该中心块的侧翼裙板；每个所述中心块周围的所述棱块和所述三阶角块均与该侧翼板形成滑动配合。
根据本发明的一实施方式，所述控制系统包括设置在所述安装基座上的触控屏以及设置在所述安装基座内的控制器，所述触控屏与所述控制器电性连接。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明的二阶六轴魔方学习机通过带动三阶魔方本体转动，实现了对二阶魔方的控制，相比于传统二阶魔方结构不适合通过内部转轴进行控制的情况，本二阶六轴魔方学习机通过内驱动装置和外驱动装置驱动三阶魔方本体转动的形式实现了二阶魔方的转动，可以简化控制方式和结构，能够自动展示魔方的动作，方案易于实现。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本发明一实施方式的二阶六轴魔方学习机立体结构示意图；
图2是图1中的三阶魔方本体和安装基座的结构示意图；
图3是图1中内部驱动装置的保证分解示意图；
图4是本发明一实施方式的三阶角块的角块本体的结构示意图；
图5是本发明一实施方式的三阶角块的三阶直角盖板的结构示意图；
图6是本发明一实施方式的棱块的内层弧形块的结构示意图；
图7是本发明一实施方式的棱块的外层直角块的结构示意图；
图8是将三阶魔方本体的棱块和三阶角块拆开后的示意图；
图9是图1中的二阶角块的结构示意图。
图中：1、三阶魔方本体；11、中心块；111、侧翼裙板；12、棱块；121、内层弧形块；122、外层直角块；123、滑槽；13、三阶角块；131、角块本体；132、三阶直角盖板；133、滑板；134、滑槽；2、安装基座；21、外驱动单元；22、主动齿轮；23、从动齿轮；31、中心机架；311、上半球壳；312、下半球壳；32、内驱动单元；4、内支撑件；5、外转轴；6、二阶角块；7、触控屏。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
如图1至图9所示，本发明实施方式公开了一种二阶六轴魔方学习机。该二阶六轴魔方学习机可以在操作者的控制下自动转动，从而实现自动展示魔方动作。
该二阶六轴魔方学习机包括三阶魔方本体1，还包括安装基座2、内部驱动装置、内支撑件4、外转轴5、八个二阶角块6和控制系统。
如图2所示，三阶魔方本体1结构与现有的三阶魔方的相关结构相同，包括六个中心块11、十二个棱块12和八个三阶角块13，这些中心块、棱块和三阶角块围合成一形状是球形的内部空间。六个中心块11为五个常规中心块和一个连接中心块。
如图2及图3所示，安装基座2位于三阶魔方本体1之外，该安装基座1上设有一外驱动单元21。在本实施方式中，该安装基座2位于三阶魔方本体1的下方，内支撑件4及外转轴5呈竖直状态设置。在本实施方式中，内支撑件4具有上下贯通的可供导线穿过的中空通道。该安装基座2和内支撑件4可以将三阶魔方本体1支撑起来。
除了本实施方式中的安装基座2位于三阶魔方本体1的下方的设置方式之外，还可以将内支撑件4设置为水平状态或位于三阶魔方本体1的上方等其他设置方式。当本二阶六轴魔方学习机的制造的尺寸较小时，可以放置在桌面上。当本二阶六轴魔方学习机的制造的尺寸较大时，可以放置在科技展览厅等场所，此时该安装基座2可以是可移动或固定的基座，也可是是地基、墙壁、顶梁等建筑结构。
内部驱动装置设于三阶魔方本体1的内部空间，包括中心机架31和五个内驱动单元32。五个内驱动单元32设置于中心机架31上；每个内驱动单元32各连接至其中一个常规中心块，并能够带动与该内驱动单元32相连的常规中心块转动。这五个内驱动单元32可包括伺服电机、步进电机或能够持续旋转的舵机中的一种或多种，可以在控制系统的控制下，带动五个常规中心块进行转动。举例来说，参见图3，位于顶部内驱动单元可以带动位于顶部的常规中心块转动，实现魔方的顶层平面的中心块、棱块和三阶角块的转动，位于右侧的内驱动单元可以带动位于右侧的常规中心块转动，实现魔方的右侧平面的中心块、棱块和三阶角块的转动。
如图3所示，该中心机架31包括半球型的拼合固定在一起的上半球壳311和下半球壳312。中心机架31上设有用于容纳内驱动单元32的五个安装槽。上半球壳311和下半球壳312之间可以通过卡扣、螺钉等连接在一起。五个安装槽的设置方式为其中一个开设在上半球壳311的顶部，其余四个均匀分布在上半球壳311和下半球壳312的接缝处。中心机架31也可为矩形框体等其他结构。
内支撑件4的第一端穿过连接中心块后与中心机架31固定连接，该内支撑件4的第二端固定连接于安装基座2。
外转轴5为套设于内支撑件4的中空管状结构。该外转轴的第一端与连接中心块固定连接；该外转轴5的第二端动力连接外驱动单元21，能够在该外驱动单元21的带动下转动。如图3所示，在本实施方式中，该外驱动单元21是与外转轴5的第二端通过齿轮传动实现动力连接的，在外驱动单元21的转轴上设置有主动齿轮22，在外转轴5的第二端设置有从动齿轮23。在本发明的其他实施方式中，该外转轴5和外驱动单元21之间也可以通过其他公知的连接方式进行连接，例如通过皮带、联轴器等。在内支撑件4固定的情况下，转动该外转轴5时，可以带动位于下层的连接中心块转动，从而实现下层的中心孔、棱块和三阶角块转动。
每个二阶角块6各固定连接于其中一个三阶角块13，以形成二阶六轴魔方。相邻的两个二阶角块6之间形成有用于避免与外转轴5干涉的缝隙。
控制系统与外驱动单元21和内驱动单元32电性连接，能够控制外驱动单元21和内驱动单元32转动指定的角度，以带动中心块转动，并通过中心块带动相应的棱块和三阶角块转动。当三阶角块13转动时，能够带动二阶角块6同时转动，因而实现二阶魔方转动。
在本实施方式中，该控制系统包括设置在安装基座2上的触控屏7以及设置在安装基座2内的控制器，触控屏7与控制器电性连接。使用者可以通过触控屏7控制本二阶六轴魔方学习机。本二阶六轴魔方学习机通过带动三阶魔方本体转动，实现了对二阶魔方的控制，相比于传统二阶魔方结构不适合通过内部转轴进行控制的情况，本二阶六轴魔方学习机通过内驱动装置和外驱动装置驱动三阶魔方本体转动的形式实现了二阶魔方的转动，可以简化控制方式和结构，能够自动展示魔方的动作，方案易于实现。
如图1、图2及图9所示，在本实施方式中，八个二阶角块6是可拆卸地连接于八个三阶角块13上的。这样一来，在拆除八个二阶角块6后，本二阶六轴魔方学习机还可以作为三阶六轴魔方学习机来使用，进行三阶六轴魔方的教学和演示。
如图3至图8所示，三阶角块13包括通过磁性连接组件可拆卸连接的角块本体131和三阶直角盖板132，三阶直角盖板132位于角块本体131的外侧；二阶角块6与角块本体131通过磁性连接组件连接。磁性连接组件可以包括两个磁块，也可以包括一个磁块和一个铁块。拆下三阶直角盖板132后并将二阶角块6连接在角块本体131上，可以保持三阶魔方状态下的外观美观。
棱块12包括通过磁性连接组件可拆卸连接的内层弧形块121和外层直角块122，内层弧形块121的顶面为弧形面，且该弧形面低于三阶角块13。如此一来，可以使得二阶角块6尽可能的靠近中心块11的转动轴线而不会与棱块12发生干涉。当然，当二阶角块6距离中心块11的转动轴线较远时，不会与棱块12发生干涉，此时棱块12无需设置为内层弧形块121和外层直角块122。
在棱块12的侧壁和三阶角块13的侧壁上可以设有位置相对应的能够相互吸引的磁块。当棱块12和三阶角块13相互靠近时，能够通过磁块的相互吸引作用，自动对齐。
如图3至图6所示，在中心块11的四周侧壁上设有向外延伸的并且环绕该中心块11的侧翼裙板111；每个中心块11周围的棱块12和三阶角块13均与该侧翼裙板111形成滑动配合。在棱块12的内层弧形块121上设置了滑槽123，在三阶角块13的角块本体131的下端设置有滑板133，在滑板133上方形成有滑槽134。中心块11的侧翼裙板111与棱块12及三阶角块13即通过滑槽123和滑槽134实现滑动配合。通过设置侧翼裙板111，可以增加中心块11在转动时，可以通过侧翼裙板111带动棱块12和三阶角块13转动，从而更容易克服棱块12和三阶角块13的阻力，提高转动的可靠性。当本二阶六轴魔方学习机的尺寸较小时，棱块12和三阶角块13的阻力比较小，可以取消侧翼裙板111，仅通过中心块11的侧壁与棱块12和三阶角块13的接触效果即可带动侧壁与棱块12和三阶角块13的转动。
本实施方式的二阶六轴魔方学习机中，内驱动单元32和外驱动单元21以及控制系统可以通过电池供电，也可通过电源模块将交流专为直流后供电。电源模块可以设置在安装基座2内，在内支撑件4上开设相应的中空通道或者线槽等结构，将电源线和信号线从安装基座2引入到内部驱动装置内。当采用电池供电时，可以将电池设置在安装基座2内，或者设置在内部驱动装置内。电池可以采用可充电电池，通过有线或无线充电方式进行充电。
控制系统可以采用单片机作为控制器，也可以采用平板电脑、工控机等控制设备。控制系统可以集成在安装基座2上，也可以与安装基座2分体设置，通过电缆线或通过WIFI等无线传输方式控制外驱动单元和内驱动单元。此外，触控屏也可替换为智能手机、平板电脑等能够触控的设备。
本发明实施方式的二阶六轴魔方学习机在使用时，操作者通过操控控制系统，可以使得内部驱动装置的五个内驱动单元32和外驱动单元21在控制系统的控制下转动，从而实现二阶魔方的转动，自动展示魔方的动作，供使用者学习二阶魔方的操作方式。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
Claims (10)
1.一种二阶六轴魔方学习机，包括三阶魔方本体，该三阶魔方本体包括六个中心块、十二个棱块和八个三阶角块，这些中心块、棱块和三阶角块围合成一内部空间，其特征在于，六个所述中心块为五个常规中心块和一个连接中心块；该二阶六轴魔方学习机还包括：
安装基座，位于所述三阶魔方本体之外，该安装基座上设有一外驱动单元；
内部驱动装置，设于所述三阶魔方本体的内部空间，包括中心机架和五个内驱动单元；五个所述内驱动单元设置于所述中心机架上；每个所述内驱动单元各连接至其中一个所述常规中心块，并能够带动与该内驱动单元相连的常规中心块转动；
内支撑件，该内支撑件的第一端穿过所述连接中心块后与所述中心机架固定连接，该内支撑件的第二端固定连接于所述安装基座；
外转轴，为套设于所述内支撑件的中空管状结构；该外转轴的第一端与所述连接中心块固定连接；该外转轴的第二端动力连接所述外驱动单元，能够在该外驱动单元的带动下转动；
八个二阶角块，每个二阶角块各固定连接于其中一个所述三阶角块，以形成二阶六轴魔方；相邻的两个二阶角块之间形成有用于避免与所述外转轴干涉的缝隙；
控制系统，能够控制所述外驱动单元和内驱动单元转动指定的角度，以带动所述中心块转动，并通过中心块带动相应的棱块和三阶角块转动。
2.根据权利要求1所述的二阶六轴魔方学习机，其特征在于，所述安装基座位于所述三阶魔方本体的下方，所述内支撑件及外转轴呈竖直状态设置。
3.根据权利要求1所述的二阶六轴魔方学习机，其特征在于，八个所述二阶角块可拆卸地连接于八个所述三阶角块上。
4.根据权利要求3所述的二阶六轴魔方学习机，其特征在于，所述三阶角块包括通过磁性连接组件可拆卸连接的角块本体和三阶直角盖板，所述三阶直角盖板位于所述角块本体的外侧；所述二阶角块与所述角块本体通过磁性连接组件连接。
5.根据权利要求1所述的二阶六轴魔方学习机，其特征在于，所述中心机架包括半球型的拼合固定在一起的上半球壳和下半球壳；所述中心机架上设有用于容纳所述内驱动单元的安装槽。
6.根据权利要求1所述的二阶六轴魔方学习机，其特征在于，所述内驱动单元和所述外驱动单元包括伺服电机、步进电机或能够持续旋转的舵机中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的二阶六轴魔方学习机，其特征在于，所述棱块包括通过磁性连接组件可拆卸连接的内层弧形块和外层直角块，所述内层弧形块的顶面为弧形面，且该弧形面低于所述三阶角块。
8.根据权利要求1所述的二阶六轴魔方学习机，其特征在于，所述棱块的侧壁和所述三阶角块的侧壁上设有位置相对应的能够相互吸引的磁块。
9.根据权利要求1所述的二阶六轴魔方学习机，其特征在于，所述中心块的四周侧壁上设有向外延伸的并且环绕该中心块的侧翼裙板；每个所述中心块周围的所述棱块和所述三阶角块均与该侧翼板形成滑动配合。
10.根据权利要求1所述的二阶六轴魔方学习机，其特征在于，所述控制系统包括设置在所述安装基座上的触控屏以及设置在所述安装基座内的控制器，所述触控屏与所述控制器电性连接。
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| CN202111245215.6A Pending CN113842626A (zh) | 2021-10-26 | 2021-10-26 | 二阶六轴魔方学习机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113842626A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204254383U (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-08 | 齐涛 | 百变多媒体台灯 |
| CN205788929U (zh) * | 2016-05-23 | 2016-12-07 | 南昌航空大学 | 一种可旋转式智能遥控光立方 |
| CN206827203U (zh) * | 2017-06-15 | 2018-01-02 | 燕山大学 | 一种能自动选取中药的魔方型储存箱 |
| CN111282259A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-06-16 | 广州淦源智能科技有限公司 | 一种磁吸定位魔方 |
| CN113870677A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-12-31 | 杨永顺 | 六轴魔方学习机 |
-
2021
- 2021-10-26 CN CN202111245215.6A patent/CN113842626A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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| CN204254383U (zh) * | 2014-12-23 | 2015-04-08 | 齐涛 | 百变多媒体台灯 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赛恩司机器人俱乐部: ""可自动还原的魔方，那么问题来了，这个魔方可以给我们带来什么乐趣呢？"", pages 45, Retrieved from the Internet <URL:https://www.bilibili.com/video/BV164411B7MW/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click> * |
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