執(zhí)行模塊、魔方還原機(jī)器人及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人，具體地，涉及一種執(zhí)行模塊、魔方還原機(jī)器人及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]魔方作為一個(gè)益智玩具，深受許多人們的喜愛。近些年來(lái)，不同于過去的手解魔方，出現(xiàn)了許多利用計(jì)算機(jī)或者其他微處理器來(lái)自動(dòng)還原魔方的機(jī)器人，這些機(jī)器人在控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)上都有許多不同。
[0003]公開號(hào)為CN103240747A的專利公開了一種機(jī)器人，其利用氣缸來(lái)控制機(jī)械手來(lái)夾持魔方，利用攝像頭來(lái)獲取魔方信息，利用計(jì)算機(jī)作為處理器和控制器。這個(gè)方案使用了氣動(dòng)元件作為執(zhí)行元件，耗能太多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間較大。
[0004]公開號(hào)為CN102699917A的專利公開了一種機(jī)器人，其利用步進(jìn)電機(jī)與舵機(jī)作為執(zhí)行元件，使用同步帶傳動(dòng)作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)上比較復(fù)雜。另外由于該機(jī)器人采用2個(gè)機(jī)械臂夾持還原魔方的方案。這個(gè)方案還原魔方所需要的步驟比起4個(gè)機(jī)械手的方案要多出許多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種執(zhí)行模塊、魔方還原機(jī)器人及其使用方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供的執(zhí)行模塊，包括多個(gè)機(jī)械手、基座、多個(gè)機(jī)械手安裝平臺(tái)以及多個(gè)舵機(jī)角度調(diào)整塊；
[0007]所述機(jī)械手安裝平臺(tái)的一端在所述基座的一底邊上，另一端連接所述多個(gè)舵機(jī)角度調(diào)整塊；
[0008]所述機(jī)械手連接所述舵機(jī)角度調(diào)整塊；所述基座的底邊、所述機(jī)械手安裝平臺(tái)、所述舵機(jī)角度調(diào)整塊以及所述機(jī)械手的數(shù)量一一對(duì)應(yīng)。
[0009]優(yōu)選地，所述機(jī)械手包括夾緊舵機(jī)、連桿連接件、第一連桿、第二連桿、第一滑塊、第二滑塊、導(dǎo)軌平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)舵機(jī)以及旋轉(zhuǎn)連接件；
[0010]其中，導(dǎo)軌平臺(tái)的前端設(shè)置有導(dǎo)軌；第一滑塊和所述第二滑塊設(shè)置在所述導(dǎo)軌上且沿所述導(dǎo)軌滑動(dòng)；所述第一滑塊的夾持面和所述第二滑塊的夾持面相對(duì)形成魔方夾持空間；
[0011]所述第一連桿的一端連接所述第一滑塊，另一端連接所述連桿連接件的一端；第二連桿的一端連接所述第二滑塊，另一端連接所述連桿連接件的另一端；所述舵機(jī)設(shè)置在所述導(dǎo)軌平臺(tái)的一側(cè)，所述舵機(jī)的輸出軸穿過所述導(dǎo)軌平臺(tái)連接所述連桿連接件，驅(qū)動(dòng)所述連桿連接件轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第一滑塊、第二滑塊沿所述導(dǎo)軌滑動(dòng)；
[0012]所述旋轉(zhuǎn)舵機(jī)設(shè)置在所述導(dǎo)軌平臺(tái)的后側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)舵機(jī)的輸出軸通過旋轉(zhuǎn)連接件連接所述導(dǎo)軌平臺(tái)的后端；
[0013]所述旋轉(zhuǎn)舵機(jī)固定在舵機(jī)角度調(diào)整塊上。
[0014]優(yōu)選地，還包括緩沖層；所述第一滑塊和所述第二滑塊的夾持面均設(shè)置有緩沖層。
[0015]優(yōu)選地，所述基座為長(zhǎng)方體的框架式結(jié)構(gòu)；
[0016]所述基座的四條底邊相連呈正方形；四個(gè)所述機(jī)械手兩兩對(duì)應(yīng)；相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)舵機(jī)輸出軸在一條軸線上；四個(gè)所述機(jī)械手形成的兩條軸線正交，且與所述基座的底面平行。
[0017]優(yōu)選地，所述執(zhí)行模塊還包括安裝板；
[0018]所述安裝板連接所述基座的上端；所述安裝板采用透明材料制成，形狀呈正方形；所述安裝板的四個(gè)角和中部均設(shè)有一通孔；
[0019]所述安裝板通過四個(gè)角的通過通孔連接所述基座的上端，所述安裝板中部的通孔向上對(duì)應(yīng)所述上位機(jī)攝像頭，向下對(duì)應(yīng)四個(gè)機(jī)械手軸線的交點(diǎn)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面提供的魔方還原機(jī)器人，包括所述的執(zhí)行模塊，還包括上位機(jī)控制模塊、下位機(jī)控制模塊以及電源模塊；
[0021]所述上位機(jī)控制模塊用于獲取魔方的初始狀態(tài)信息，根據(jù)所述初始狀態(tài)信息生成魔法還原控制信息并將所述魔法還原控制信息發(fā)送給所述下位機(jī)控制模塊；
[0022]所述下位機(jī)控制模塊用于根據(jù)所述魔法還原控制信息控制所述執(zhí)行模塊進(jìn)行魔方還原操作；
[0023]所述電源模塊用于所述上位機(jī)控制模塊、所述下位機(jī)控制模塊以及所述執(zhí)行模塊中任一模塊或任多模塊的供電。
[0024]優(yōu)選地，所述上位機(jī)控制模塊包括上位機(jī)控制器、上位機(jī)藍(lán)牙模塊以及所述上位機(jī)攝像頭；
[0025]所述上位機(jī)攝像頭和所述上位機(jī)藍(lán)牙模塊均連接所述上位機(jī)控制器；
[0026]所述上位機(jī)攝像頭用于獲取魔方的初始狀態(tài)信息；
[0027]所述上位機(jī)控制器用于根據(jù)所述初始狀態(tài)信息生成魔法還原控制信息；
[0028]所述上位機(jī)藍(lán)牙模塊用于將所述魔法還原控制信息發(fā)送至所述下位機(jī)控制模塊。
[0029]優(yōu)選地，所述下位機(jī)控制模塊包括下位機(jī)藍(lán)牙模塊、下位機(jī)處理器以及下位機(jī)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器；
[0030]所述藍(lán)牙模塊和所述下位機(jī)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器均連接所述下位機(jī)處理器；所述下位機(jī)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接所述執(zhí)行模塊；
[0031]所述下位機(jī)藍(lán)牙模塊用于接收所述上位機(jī)藍(lán)牙模塊發(fā)送的魔法還原控制信息；所述下位機(jī)處理器用于根據(jù)所述魔法還原控制信息通過所述下位機(jī)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制所述執(zhí)行模塊的夾緊舵機(jī)和旋轉(zhuǎn)舵機(jī)。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面提供的的魔方還原機(jī)器人的使用方法，包括如下步驟:
[0033]步驟1:將上位機(jī)藍(lán)牙模塊與下位機(jī)藍(lán)牙模塊配對(duì)建立連接；
[0034]步驟2:通過機(jī)械手進(jìn)行魔方的安裝與初始位置校正；
[0035]步驟3:通過機(jī)械手實(shí)現(xiàn)魔方的翻轉(zhuǎn)，依次將魔方的6個(gè)面朝上，利用上位機(jī)攝像頭采集魔方的初始狀態(tài)信息，即魔方各個(gè)面的顏色信息；
[0036]步驟4:上位機(jī)控制模塊進(jìn)行顏色識(shí)別和存儲(chǔ)，并根據(jù)魔方各個(gè)面的顏色信息生成魔法還原控制信息，即魔方還原的步驟；
[0037]步驟5:下位機(jī)處理器根據(jù)所述魔方還原的步驟控制機(jī)械手完成魔方還原。
[0038]優(yōu)選地，在步驟4中所述顏色識(shí)別采用HSV顏色空間和RGB顏色空間結(jié)合的圖像處理方式。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0040]1、本發(fā)明采用安卓智能手機(jī)作為上位機(jī)控制模塊，利用安卓智能手機(jī)集成了高像素?cái)z像頭、藍(lán)牙通訊模塊、高性能處理器的優(yōu)勢(shì)，不必再為安裝攝像頭與處理器騰出空間，全部集成在安卓智能手機(jī)這個(gè)小空間內(nèi)，增加了空間利用率，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單；
[0041]2、本發(fā)明采用了安卓系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)，利用安卓系統(tǒng)人性化的人機(jī)交互模式和代碼開源的優(yōu)勢(shì)，大大降低了開發(fā)軟件的難度。采用手機(jī)作為控制平臺(tái)，使得機(jī)器人的調(diào)試控制過程更為便利；
[0042]3、本發(fā)明采用了藍(lán)牙通訊模式，在保證高傳輸速度的同時(shí)減少了布線的數(shù)量，允許一定距離上的遠(yuǎn)程控制；
[0043]4、本發(fā)明采用了四個(gè)機(jī)械手同時(shí)夾持還原魔方的模式，允許魔方在不發(fā)生整體翻轉(zhuǎn)的情況下可以有4個(gè)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，大大加快了魔方的還原速度，也增強(qiáng)了魔方在還原過程中的平穩(wěn)性；
[0044]5、本發(fā)明采用了框架式結(jié)構(gòu)的基座，具有高穩(wěn)定性和剛度，同時(shí)整體簡(jiǎn)單美觀；機(jī)械手安裝平臺(tái)允許在基座的底邊上進(jìn)行微調(diào)，舵機(jī)角度調(diào)整塊也允許角度的微調(diào)，可以及時(shí)修正安裝上的誤差；
[0045]6、本發(fā)明電源模塊上采用了執(zhí)行模塊和下位機(jī)控制模塊由同一個(gè)電源模塊供電的方式，這種方式大大減少了電纜的使用數(shù)量，簡(jiǎn)化了線路，同時(shí)使得本發(fā)明整體上更為簡(jiǎn)潔美觀；
[0046]7、本發(fā)明在顏色識(shí)別通過HSV顏色空間和RGB顏色空間結(jié)合的圖像處理方式，從算法上大大降低了周圍光照強(qiáng)度的影響，使得在機(jī)械結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)化了光源補(bǔ)償裝置。
【附圖說明】
[0047]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0048]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖2為本發(fā)明的控制示意圖；
[0050]圖3為本發(fā)明中魔方還原機(jī)器人的還原流程圖；
[0051]圖4為本發(fā)明中機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052]圖中:
[0053]I為基座；
[0054]2為舵機(jī)角度調(diào)整塊；
[0055]3為機(jī)械手固定座；
[0056]4為夾緊舵機(jī)；
[0057]5為導(dǎo)軌平臺(tái)；
[0058]6為連桿連接件；
[0059]7為第二連桿；
[0060]8為魔方；
[0061]9為旋轉(zhuǎn)連接件；
[0062]10為旋轉(zhuǎn)舵機(jī)；
[0063]11為安卓智能手機(jī)；
[0064]12為安卓智能手機(jī)安裝板；
[0065]13為第一滑塊；
[0066]14為緩沖層。
【具體實(shí)施方式】
[0067]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0068]在本實(shí)施例中，本發(fā)明提供的魔方還原機(jī)器人，包括上位機(jī)控制模塊、下位機(jī)控制模塊、執(zhí)行模塊以及電源模塊；
[0069]所述上位機(jī)控制模塊用于獲取魔方的初始狀態(tài)信息，根據(jù)所述初始狀態(tài)信息生成魔法還原控制信息并將所述魔法還原控制信息發(fā)送給所述下位機(jī)控制模塊；所述下位機(jī)控制模塊用于根據(jù)所述魔法還原控制信息控制所述執(zhí)行模塊進(jìn)行魔方還原操作；所述電源模塊用于所述上位機(jī)控制模塊、所述下位機(jī)控制模塊和所述執(zhí)行模塊中任一模塊或任多模塊的供電。在本實(shí)施例中，所述上位機(jī)控制模塊采用安卓智能手機(jī)，安裝有android應(yīng)用程序、攝像頭和藍(lán)牙模塊；所述電源模塊包括電源適配器，可將220V電壓降至5V電壓。
[0070]所述上位機(jī)控制模塊包括上位機(jī)控制器、上位機(jī)藍(lán)牙模塊以及上位機(jī)攝像頭；所述上位機(jī)攝像頭和所述上位機(jī)藍(lán)牙模塊均連接所述上位機(jī)控制器；所述上位機(jī)