一种具有自恢复功能的语音控制魔方及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种具有自恢复功能的语音控制魔方及控制方法，包括：角块、魔方驱动块、控制系统；所述角块、魔方驱动块所围成的二阶魔方中部为空腔，在该空腔中放置控制系统；操作者可通过语音控制方式对控制系统进行控制指令下发，可轻松实现魔方功能设定，所述魔方驱动块中固定有磁性元件；控制系统包括舵机及控制模块，所述舵机的输出轴与魔方驱动块连接，所述舵机的周边布置有检测元件；检测元件通过非接触方式检测所述舵机驱动含有磁性元件的魔方驱动块在转动时引起的电流变化，并将检测信号传输至控制模块；控制模块依此控制舵机旋转实现魔方的倒序恢复、自主寻优恢复和自主打乱功能。控制系统的电子元件完全跟魔方角块分离，避免魔方的运动影响到控制系统。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自恢复功能的语音控制魔方及控制方法
本专利技术属于魔方控制
，尤其涉及一种具有自恢复功能的语音控制魔方及控制方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。二阶魔方又称口袋魔方、迷你魔方、小魔方、冰块魔方，与常见的三阶魔方类似同样有6个面，但其只有顶角没有棱角，属于入门级的简单魔方。魔方不仅有助于培养人的空间想象力，青少年的动脑动手能力，而且对数学中的群论和计算机科学及理论物理都有非常深刻的影响。然而魔方的数学排列算法很复杂，若不懂得排列规律，在转动的过程中很难将其复原，影响魔方的进一步的转动，无法开展下一步的学习工作，对于初学者而言永远不是随便转动几下就能复原的产品，所以很多人认为玩魔方是一件很难的事情。专利技术人在研究中发现，为了提高魔方的用户体验，具有自恢复能力的魔方成为了新的研究热点，现主要有两种方式实现魔方复原功能。第一种是解魔方机器人，其为一种能将任意打乱的魔方自动复原的机器人系统，涉及到数字图像处理、计算机视觉、模式识别技术、人工智能等多门学科的技术。第二种是将魔方与智能手机相配合，通过传感器捕捉魔方的每一次旋转，从而实现手机中虚拟魔方与真实魔方的同步运动，并最终在手机软件中解算出魔方的复原步骤。上述两种方式均可提供魔方复原解决方案，然而解魔方机器人需要复杂的传感及运动控制系统，其成本高昂不适于普通用户使用；第二种方式现今已具有一定的市场规模，但其本质是虚拟现实方法即仅能提供魔方复原的运动步骤却不能实现真实魔方的自动复原，在互动性上仍具有一定的局限性。同时，上述两种方式主要针对标准三阶魔方，而针对二阶魔方的自恢复系统还未见有相关研究。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有自恢复功能的语音控制魔方，其将传统二阶魔方的连接杆结构改为电子机械结构，通过控制的方式实现自恢复。为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一种具有自恢复功能的语音控制魔方，包括：角块、魔方驱动块、控制系统；所述角块、魔方驱动块所围成的二阶魔方中部为空腔，在该空腔中放置控制系统；所述魔方驱动块中固定有磁性元件；所述控制系统包括舵机、语音接收模块、控制模块，所述舵机的输出轴与魔方驱动块连接，所述舵机的周边布置有检测元件；所述检测元件通过非接触方式检测所述舵机驱动含有磁性元件的魔方驱动块在转动时引起的电流变化，并将检测信号传输至控制模块；所述控制模块与语音接收模块相连，并接收语音接收模块获得语音指令，基于接收的检测信号确定角块是否旋转到位，并基于语音指令、旋转位置控制舵机运动，实现魔方的倒序恢复、自主寻优恢复和自主打乱。另一方面，为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一种具有自恢复功能的语音控制魔方的控制方法，包括：检测元件通过非接触方式检测所述舵机驱动含有磁性元件魔方驱动块的转动时引起的电流变化，并将检测信号传输至控制系统；所述控制系统基于接收的检测信号确定角块是否旋转到位，并基于旋转位置控制舵机运动，实现魔方的倒序恢复、自主寻优恢复和自主打乱。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：1、本专利技术自恢复魔方将舵机的输出轴作为旋转轴，从而将普通魔方靠外力引起的绕旋转轴运动转变为可以由舵机输出轴驱动的主动旋转。当舵机断电或者不工作时，该二阶魔方其输出轴跟普通魔方旋转轴作用一致，通过对自恢复魔方施加外力进行被动旋转，二阶魔方具有两种工作模态，一为普通的魔方，二为自恢复的魔方，使用者根据需要进行选择就可。2、本专利技术操作者可通过语音指令控制魔方进行开机/关机、倒序复原、自解算复原、随机打乱等操作，增强了互动性。3、本专利技术控制系统集中位于魔方几何中心位置，也就是内部球形空腔中，不随着魔方转动而运动。磁性元件固定在角块中，其随着角块进行旋转，从而让检测元件感知到角块的转动角度。检测元件感知单磁极的强度变化，当磁性元件磁极位于检测元件正上方时传感器输出为最大值，所以由此确定角块是否旋转到位。4、本专利技术用磁性元件加检测元件的优点即为控制系统的电子元件完全跟魔方角块分离，仅通过舵机的轴驱动角块转动，不需再考虑魔方的运动是否会影响到控制系统，该种非接触的方式检测旋转位置既能获得检测信号，同时魔方又能正常的旋转。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例具有自恢复功能的二阶魔方系统整体结构图；图2为本专利技术实施例自恢复二阶魔方局部拆解图；图3为本专利技术实施例自恢复二阶魔方的爆炸图；图4为本专利技术实施例自恢复二阶魔方的控制系统示意图；图5为本专利技术实施例自恢复二阶魔方的驱动块位置检测传感器系统布置示意图；图6(a)-图6(d)为本专利技术实施例自恢复二阶魔方的中心块位置检测原理示意图；图7为本专利技术实施例自恢复二阶魔方坐标系图；图8为本专利技术实施例自恢复二阶魔方平面展开图；图中，1自恢复二阶魔方，2控制系统，3舵机，4霍尔传感器，5控制模块，6电池，7语音接收模块，8块体，9磁铁，10孔。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例一参见附图1所示，本实施例公开了一种具有自恢复功能的语音控制魔方，其可接收操作者的语音指令并按照指令做出相应动作，具体语音控制指令有：指令一“开机/关机”，指令二“倒序复原”，指令三“自解算复原”，指令四“随机打乱”。该自恢复二阶魔方1通过语音控制指令一可控制魔方的开关机，当不需要魔方自动恢复时可将魔方控制系统置于关机状态，此时其与普通魔方功能相同，当魔方开机后则会对打乱后的魔方进行自主复原。当收到语音指令二时，则打乱后的自恢复二阶魔方会自动按照各轴的历史轨迹进行倒序复原，即其复原轨迹与打乱轨迹的步数相同、时序相反，其中，一步是指某个魔方面绕转轴旋转一次，而不管其转过多少角度，依此方式实现复原。当收到语音指令三时，则打乱后的自恢复二阶魔方会根据当前状态自主计算出还原运动序列，并依此控制魔方实现复原。当收到语音指令四时，自恢复二阶魔方会自动随机转动，实现魔方状态的改变，然后可由使用者还原或者自主还原，增强了互动性。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自恢复功能的语音控制魔方，其特征是，包括：/n角块、魔方驱动块、控制系统；所述角块、魔方驱动块所围成的二阶魔方中部为空腔，在该空腔中放置控制系统；/n所述魔方驱动块中固定有磁性元件；/n所述控制系统包括舵机、语音接收模块、控制模块，所述舵机的输出轴与魔方驱动块连接，所述舵机的周边布置有检测元件；/n所述检测元件通过非接触方式检测所述舵机驱动含有磁性元件的魔方驱动块在转动时引起的电流变化，并将检测信号传输至控制模块；/n所述控制模块与语音接收模块相连，并接收语音接收模块获得语音指令，基于接收的检测信号确定角块是否旋转到位，并基于语音指令、旋转位置控制舵机运动，实现魔方的倒序恢复、自主寻优恢复和自主打乱。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有自恢复功能的语音控制魔方，其特征是，包括：
角块、魔方驱动块、控制系统；所述角块、魔方驱动块所围成的二阶魔方中部为空腔，在该空腔中放置控制系统；
所述魔方驱动块中固定有磁性元件；
所述控制系统包括舵机、语音接收模块、控制模块，所述舵机的输出轴与魔方驱动块连接，所述舵机的周边布置有检测元件；
所述检测元件通过非接触方式检测所述舵机驱动含有磁性元件的魔方驱动块在转动时引起的电流变化，并将检测信号传输至控制模块；
所述控制模块与语音接收模块相连，并接收语音接收模块获得语音指令，基于接收的检测信号确定角块是否旋转到位，并基于语音指令、旋转位置控制舵机运动，实现魔方的倒序恢复、自主寻优恢复和自主打乱。


2.如权利要求1所述的一种具有自恢复功能的语音控制魔方，其特征是，所述磁性元件为磁铁，检测元件为霍尔传感器。


3.如权利要求2所述的一种具有自恢复功能的语音控制魔方，其特征是，所述舵机周围分布有3个依次相隔90°的霍尔传感器，用于检测舵机驱动的驱动块的旋转角度。


4.如权利要求3所述的一种具有自恢复功能的语音控制魔方，其特征是，每个魔方驱动块均由块体及3个依次相隔90°的磁铁组成，霍尔传感器与磁铁所处的圆周半径相等，其圆心都位于舵机旋转轴延长线上；
所述3个霍尔传感器检测的磁性元件位置变化的输出信号即可作为当前魔方驱动块的旋转角度，实现魔方位置与对应传感器信号输出的唯一性。


5.如权利要求1所述的一种具有自恢复功能的语音控制魔方，其特征是，所述控制系统通过固定框架固定在一起，成为一体化结构；
进一步的技术方案，所述角块为8个，所述魔方驱动块为3个，所述舵机为3个，所构成的二阶魔方为正六面体。


6.如权利要求1所述的一种具有自恢复功能的语音控制魔方，其特征是，所述控制系统还包括供电模块及语音通信模块，所述控制模块通过语音通信模块接收操作者发出的语音控制指...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧，李彬，刘海英，张友盼，孙忠虎，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37