[发明专利]一种无损内还原三阶魔方及控制方法

权利要求书

1.一种无损内还原三阶魔方，包括六个魔方面，每个魔方面对应有一个驱动块，其特征在于，包括设于魔方内部的控制模块、电源模块、无线通信模块和舵机，所述电源模块包含无线充电接收模块及可充电电池模块，每个驱动块对应有一台舵机，并与舵机的转轴连接；

每个舵机周围分布有三个依次相隔90°的检测元件，且所述驱动块内分布有三个依次相隔90°的磁性元件，所述检测元件通过感应磁性元件所在的位置确定驱动块的旋转角度，并实时发送给控制模块；

所述控制模块分别与舵机和检测元件通信连接，并通过无线通信模块与外置设备连接，所述控制模块用于实时记录各个驱动块的旋转轨迹，并根据外置设备的指令，控制舵机带动驱动块转动，实现魔方的倒序恢复或自主寻优恢复。

2.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，其特征在于，所述控制模块控制舵机根据各个驱动块的旋转轨迹，计算倒序恢复序列，带动驱动块转动实现倒序恢复；

或者，所述控制模块根据各个驱动块的旋转轨迹获取魔方各个面的当前状态，计算最优恢复运动序列，按照最优还原运动序列进行魔方的自主寻优恢复。

3.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，其特征在于，所述控制模块还用于根据外置设备的指令，控制舵机带动驱动块随机转动，实现魔方的随机打乱。

4.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，其特征在于，所述检测元件为霍尔传感器，所述磁性元件为磁铁。

5.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，其特征在于，所述检测元件与磁性元件分别围成半径相等的圆，圆心均位于转轴延长线上。

6.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，其特征在于，每个舵机的转轴垂直于其所连接的驱动块的所在魔方面。

7.如权利要求1所述的无损内还原三阶魔方，其特征在于，所述控制模块、电源模块、无线通信模块和舵机均设置于魔方内部靠近魔方几何中心的位置。

8.一种无损内还原三阶魔方的控制方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的无损内还原三阶魔方，包括以下步骤：

构建原点位于魔方六面体几何中心的直角坐标系，将检测元件检测到的各驱动块转动角度转换为运动序列；

对魔方进行平面展开后，对每个魔方块进行编号，得到魔方平面展开的初始状态矩阵；

根据各驱动块的运动序列和初始状态矩阵，确定魔方经过旋转后的当前状态矩阵；

根据当前状态矩阵计算最优还原运动序列，并按照最优还原运动序列进行魔方恢复。

9.如权利要求8所述的无损内还原三阶魔方的控制方法，其特征在于，根据每个驱动块的运动序列进行倒序恢复，具体为：根据打乱魔方时的运动序列采用逆时序运动的方式求解还原序列，即当某个驱动块绕转轴每次转动90°，连续转动四次后魔方会恢复转动前状态。

10.如权利要求8所述的无损内还原三阶魔方的控制方法，其特征在于，坐标轴的六个方向分别穿过一个驱动块的几何中心，每个驱动块的转角包括90°、180°和270°，分别用不同的数字表示三个转角，与驱动块所在面的标号结合得到每个驱动块的运动标识，将各个驱动块的运动标识按转动顺序依次组合，得到各驱动块的运动序列。