一种解魔方机器人的制作方法

本实用新型涉及教学机器人领域，特别涉及一种解魔方机器人。

背景技术：

随着科学技术的发展，魔方复原是人类智力和体力的完美结合，充满挑战。在国内外多项赛事中，均将魔方还原竞速项目列为子项目，还原魔方的最短时间的记录也在不断的刷新，因此需要设计一种自动解魔方的装置。

现有的魔方还原机器人大多采用三个或三个以上的夹持机构，三个及三个以上的夹持机构需要完成魔方的夹取和旋转，对魔方的摆放位置和控制系统要求较高，故研究一种模仿人类双手的双夹持机构的魔方还原机器人成为了一个关键问题。另一方面，现有的解魔方机器人多采用单个摄像头进行图像采集，效率低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能仿双臂还原魔方的解魔方机器人，以解决上述背景技术提出的问题。

为了实现以上目的，本实用新型的技术方案如下：

一种解魔方机器人，包括底座，底座上对称安装有斜角平台，斜角平台上沿其倾斜方向安装有机械臂，所述机械臂包括夹持机构、旋转机构和驱动机构，所述旋转机构包括气滑环和承载装置，所述承载装置包括上固定板和下固定板，上固定板和下固定板可拆卸连接，下固定板上固定安装有法兰，所述法兰位于上固定板和下固定板之间，气滑环的转子与下固定板固定连接，气滑环的定子固定安装在斜角平台上；所述驱动机构包括步进电机，步进电机的输出轴连接有联轴器，联轴器连接有伸长轴，伸长轴穿过气滑环与法兰固定连接；所述夹持机构包括气动夹爪，气动夹爪安装在上固定板顶面，气动夹爪通过副气管与气滑环的转子连接，气滑环的定子连接有主气管，主气管连接有气泵，主气管上安装有阀门；两个夹持机构构成魔方转动平台；

还包括四个广角工业摄像头，四个所述广角工业摄像头分别安装在魔方转动平台的上下左右四侧，所述底座上竖直安装有用于安装广角工业摄像头的矩形架。

优选的，所述斜角平台与底座之间的夹角为45°。

优选的，所述法兰通过紧固螺丝与伸长轴固定连接。

优选的，气动夹爪为平型夹指。

本实用新型的有益效果：

(1)采用类人双夹持机构，模仿人类双手，使用双指夹持机构，两个自由度，可灵活的实现对魔方的夹取和旋转；

(2)被夹持状态的魔方倾斜，四个广角工业摄像头能对魔方六个表面的图案进行识别，能提高识别判断的速度，进一步提高复原魔方的速度；

(3)步进电机和气滑环相配合，步进电机能实现对魔方的精准转动，气滑环能避免转动魔方时副气管发生扭转的情况，从而能保证魔方转动时的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型旋转机构的爆炸示意图；

图3为本实用新型夹持魔方示意图。

图中标记：1-底座、11-斜角平台、12-矩形架、21-气动夹爪、3-旋转机构、31-气滑环、32-承载装置、321-上固定板、322-下固定板、323-法兰、41-步进电机、42-联轴器、5-广角工业摄像头。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，然而这不应当被理解为将本实用新型限制为特定的实施例，仅用于解释和理解：

如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种解魔方机器人，包括底座1，底座1上对称安装有斜角平台11，斜角平台11与水平面夹角为45°，斜角平台11上沿其倾斜方向安装有机械臂。

所述机械臂包括夹持机构、旋转机构3和驱动机构。

所述驱动机构包括步进电机41，步进电机41通过螺栓可拆卸安装在斜角平台11上，所述步进电机41的输出轴连接有联轴器42，联轴器42连接有伸长轴。

所述旋转机构3包括气滑环31和承载装置32，所述承载装置32包括上固定板321和下固定板322，上固定板321和下固定板322可拆卸连接，下固定板322上固定安装有法兰323，所述法兰323位于上固定板321和下固定板322之间，气滑环31的转子与下固定板322固定连接，气滑环31的定子固定安装在斜角平台11上，所述联轴器42的伸长轴远离步进电机41的一端穿过气滑环31与法兰323固定连接，所述法兰323通过紧固螺丝与伸长轴固定连接，步进电机41的输出轴转动，将带动气滑环31的转子转动。步进电机41和气滑环31相配合，设计精巧，且通过步进电机41能实现对魔方的精确旋转。

所述夹持机构包括气动夹爪21，气动夹爪21安装在上固定板321顶面，气动夹爪21与气滑环31的转子通过副气管连接，气滑环31的定子通过主气管连接有气泵，主气管上安装有控制阀门，通过控制阀门的调节，实现气动夹爪21对魔方的夹紧或松开。所述气动夹爪21为平型夹指，便于对魔方进行夹持，两个夹持机构构成魔方转动平台。使用气滑环31，能避免转动魔方时副气管发生扭转的情况，从而保证魔方转动时的稳定性。

本实施例还包括四个广角工业摄像头5，四个所述广角工业摄像头5分别安装在魔方平台的上下左右四侧，用于拍摄魔方的表面，被夹持状态的魔方倾斜，四个广角工业摄像头5能对魔方六个表面的图案进行识别，所述底座1上竖直安装有用于安装广角工业摄像头5的矩形架12。

本实施例的工作方式：

将魔方放置在两个气动夹爪21构成的魔方转动平台上，通过电动阀门控制气泵，使气动夹爪21抓紧魔方，此时两个气动夹爪21分别抓住魔方上相邻两个层的中部，四个广角工业摄像头5拍摄魔方表面的图案排布，一个步进电机41启动，其输出轴转动带动联轴器42转动，联轴器42的伸长轴转动带动承载装置32转动，承载装置32转动带动气动夹爪21转动，使该气动夹爪21夹持的魔方层转动。使一个气动夹爪21夹紧魔方，另一个气动夹爪21松开，转动夹紧魔方的气动夹爪21，再将松开的气动夹爪21夹紧魔方，以实现对不同面的魔方的旋转。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种解魔方机器人，包括底座(1)，底座(1)上对称安装有斜角平台(11)，斜角平台(11)上沿其倾斜方向安装有机械臂，其特征在于：所述机械臂包括夹持机构、旋转机构(3)和驱动机构，所述旋转机构(3)包括气滑环(31)和承载装置(32)，所述承载装置(32)包括上固定板(321)和下固定板(322)，上固定板(321)和下固定板(322)可拆卸连接，下固定板(322)上固定安装有法兰(323)，所述法兰(323)位于上固定板(321)和下固定板(322)之间，气滑环(31)的转子与下固定板(322)固定连接，气滑环(31)的定子固定安装在斜角平台(11)上；所述驱动机构包括步进电机(41)，步进电机(41)的输出轴连接有联轴器(42)，联轴器(42)连接有伸长轴，伸长轴穿过气滑环(31)与法兰(323)固定连接；所述夹持机构包括气动夹爪(21)，气动夹爪(21)安装在上固定板(321)顶面，气动夹爪(21)通过副气管与气滑环(31)的转子连接，气滑环(31)的定子连接有主气管，主气管连接有气泵，主气管上安装有阀门；两个夹持机构构成魔方转动平台；

还包括四个广角工业摄像头(5)，四个所述广角工业摄像头(5)分别安装在魔方转动平台的上下左右四侧，所述底座(1)上竖直安装有用于安装广角工业摄像头(5)的矩形架(12)。

2.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于：所述斜角平台(11)与底座(1)之间的夹角为45°。

3.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于：所述法兰(323)通过紧固螺丝与伸长轴固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种解魔方机器人，其特征在于：所述气动夹爪(21)为平型夹指。

技术总结
本实用新型公开了一种解魔方机器人，包括底座，底座上对称安装有斜角平台，斜角平台上沿其倾斜方向安装有机械臂，机械臂包括夹持机构、旋转机构和驱动机构，旋转机构包括气滑环和承载装置，夹持机构包括气动夹爪，气动夹爪安装在承载装置顶面，气动夹爪通过副气管与气滑环的转子连接，气滑环的定子连接有主气管，主气管连接有气泵，主气管上安装有阀门；两个夹持机构构成魔方转动平台；还包括四个广角工业摄像头，四个广角工业摄像头分别安装在魔方转动平台的上下左右四侧。本实用新型能实现双臂对魔方进行还原，并提升图像识别效率，进而提升魔方还原效率。

技术研发人员：李思睿;余海波;黄丽雯;史颖刚;刘利
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：2019.11.22
技术公布日：2020.07.14