[發(fā)明專(zhuān)利]一種四面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的解魔方機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510013273.4
• 申請(qǐng)日: 2015-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104552308B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左國(guó)玉;邱永康;盧佳豪;于雙悅;劉旭;龔道雄
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J11/00
• 分類(lèi)號(hào): B25J11/00;B25J9/18;B25J13/08
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能機(jī)器人控制及機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別提供了一種四面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的解魔方機(jī)器人。

背景技術(shù)

機(jī)器人學(xué)的研究推動(dòng)了許多人工智能思想的發(fā)展，有一些技術(shù)可在人工智能研究中用來(lái)建立世界狀態(tài)的模型和描述世界狀態(tài)變化的過(guò)程。本文所述的一種四面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的解魔方機(jī)器人是以機(jī)器人作為載體，應(yīng)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)亂序三階魔方的快速還原工作。

專(zhuān)利號(hào)為CN201310135362.7，名稱(chēng)為一種智能解魔方機(jī)器人及使用了該機(jī)器人的人機(jī)互動(dòng)系統(tǒng)，公開(kāi)了一種解魔方機(jī)器人。包括機(jī)器人本體、氣缸和氣泵，其特征在于：還包括控制主機(jī)、機(jī)械臂、攝像頭和魔方倉(cāng)，在木桁架上設(shè)置有氣缸，氣缸的氣缸桿上設(shè)置有用于放置魔方的魔方倉(cāng)，在桁架上方有機(jī)器人本體，機(jī)器人本體上連接有用于進(jìn)行解魔方動(dòng)作的機(jī)械臂，在桁架上設(shè)置有用于采集數(shù)據(jù)并傳輸給控制主機(jī)的攝像頭，氣泵分別與氣泵和機(jī)械臂相連。

然而，上述發(fā)明存在如下缺陷，

1.采用氣動(dòng)式結(jié)構(gòu)，控制精度低，體積較大，不具有良好的便攜性和穩(wěn)定性。

2.設(shè)計(jì)了兩個(gè)互相垂直的機(jī)械臂，完成一次有效操作的步驟過(guò)于繁雜，復(fù)原效率不高。

3.由于魔方在還原過(guò)程中受力點(diǎn)較少，魔方會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)，影響了還原步驟的準(zhǔn)確進(jìn)行。

4.隨著還原步驟的增多，魔方被擰動(dòng)的系統(tǒng)誤差會(huì)累積，導(dǎo)致魔方卡住無(wú)法復(fù)原。

5.不能同時(shí)完成爪子的開(kāi)合與旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了能實(shí)現(xiàn)利用人工智能技術(shù)對(duì)隨機(jī)亂序三階魔方的快速還原工作，本發(fā)明提供了一種基于智能手機(jī)的四面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的解魔方機(jī)器人。它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用一種具有高度對(duì)稱(chēng)性的由四組電機(jī)舵機(jī)及配套齒輪及連桿組成的機(jī)構(gòu)，不僅解決了各機(jī)械爪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中可能產(chǎn)生的繞線(xiàn)問(wèn)題，還對(duì)爪子的旋轉(zhuǎn)與開(kāi)閉進(jìn)行獨(dú)立控制。四組執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同協(xié)調(diào)配合，從四個(gè)方向夾持和擰動(dòng)魔方，使該系統(tǒng)在解魔方操作中的穩(wěn)定性和效率得以保障。此外，其整體設(shè)計(jì)具有良好的便攜性和兼容性，其手機(jī)固定調(diào)節(jié)支架可拆卸，并可調(diào)節(jié)以適應(yīng)絕大多數(shù)基于Android操作系統(tǒng)的智能手機(jī)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是一種四面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的解魔方機(jī)器人，該機(jī)器人包括魔方(1)、智能手機(jī)(2)、基本執(zhí)行單元(8)、控制板、支腳架(6)、底座(7)、手機(jī)固定調(diào)節(jié)支架、控制系統(tǒng)；

基本執(zhí)行單元(8)包括電機(jī)(9)、電機(jī)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(jī)板(18)、舵機(jī)單搖臂(19)、舵機(jī)(20)、推桿(21)、連桿(22)、轉(zhuǎn)軸(23)、爪(24)、銷(xiāo)軸(25)、推桿擋肩(26)、套筒(27)、卡簧(28)、小齒輪(29)、大齒輪(30)；

手機(jī)固定調(diào)節(jié)支架包括手機(jī)橫向調(diào)節(jié)塊(3)、手機(jī)縱向調(diào)節(jié)柱(4)、通用手機(jī)固定塊(5)；手機(jī)縱向調(diào)節(jié)柱(4)與支腳架(6)相連接；手機(jī)橫向調(diào)節(jié)塊(3)固定在手機(jī)縱向調(diào)節(jié)柱(4)頂端，手機(jī)橫向調(diào)節(jié)塊(3)、手機(jī)縱向調(diào)節(jié)柱(4)與通用手機(jī)固定塊(5)連接；智能手機(jī)(2)安裝在通用手機(jī)固定塊(5)上；

其中魔方(1)被穩(wěn)定放置在四個(gè)相互對(duì)稱(chēng)布置的基本執(zhí)行單元(8)中，支腳架(6)與各基本執(zhí)行單元(8)中的前板(12)固定，使四個(gè)基本執(zhí)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(gè)對(duì)稱(chēng)且穩(wěn)定的四邊形結(jié)構(gòu)；

舵機(jī)(20)被固定在舵機(jī)板(18)上，隨著舵機(jī)(20)轉(zhuǎn)動(dòng)，舵機(jī)單搖臂(19)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)L型杠桿(16)運(yùn)動(dòng)，L型杠桿(16)通過(guò)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(guò)套筒(27)和卡簧(28)固定在主軸(13)上，即隨著舵機(jī)(20)轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠軸承件(14)沿主軸(13)上下滑動(dòng)；

爪(24)通過(guò)銷(xiāo)軸(25)被固定在連桿(22)和轉(zhuǎn)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(dòng)，經(jīng)過(guò)推桿擋肩(26)帶動(dòng)推桿(21)與連桿(22)運(yùn)動(dòng)，繼而控制爪(24)的開(kāi)閉；

電機(jī)(9)通過(guò)支柱(11)固定在前板(12)及電機(jī)板(10)之間，電機(jī)(9)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)小齒輪(29)轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)大齒輪(30)轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪(30)與主軸(13)同軸，帶動(dòng)主軸(13)轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸(13)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸(23)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)爪(24)的轉(zhuǎn)動(dòng)；

該魔方(1)的控制系統(tǒng)包括上位機(jī)智能手機(jī)、下位機(jī)處理器、執(zhí)行單元和電源管理模塊。