[发明专利]一种电磁双臂解魔方机器人及其控制方法

说明书

本发明属于魔方机器人领域，并具体公开了一种电磁双臂解魔方机器人及其控制方法。该机器人包括结构相同并且左右对称设置的第一电磁臂单元和第二电磁臂单元，以及识别单元和控制单元，其中第一电磁臂单元和第二电磁臂单元均包括电机、机械手、电磁铁紧固桶、电磁铁、电磁铁推杆和弹簧，用于完成旋转和抓取动作；识别单元设置在第一电磁臂单元和第二电磁臂单元的中间；控制单元用于控制第一电磁臂单元和第二电磁臂单元的运动。本发明利用电磁驱动作为动力源，通过电磁铁通电和断电过程中可动铁芯的上下移动带动机械手完成抓取动作和放开动作，具有高响应、体积小的优势，能够避免气缸手臂在使用过程中气压降低造成夹持力不稳定的问题。

技术领域

本发明属于魔方机器人领域，更具体地，涉及一种电磁双臂解魔方机器人及其控制方法。

背景技术

解魔方是一项传播广泛的益智游戏，在人手快速解魔方算法方面已有大量广泛而深入的研究。在解魔方的机器人方面，国内外有一定的研究，有大量不同结构且运用不同控制方法的魔方机器人问世。针对双臂式解魔方机器人，总体而言，是以图像分析及计算机视觉为基础对魔方图像进行获取、处理与识别，并对魔方信息进行全面的分析和管理，能将任意打乱的魔方自动复原的机械系统。目前，现有的双臂式解魔方机器人多是基于气动的手指气缸和电机结合。

现有技术的缺陷在于，该类双臂式解魔方机器人附带必要结构体积(气瓶和其他加压装置)庞大，不易移动；从性能而言，在解魔方的过程中，反应时间较长，夹持动力不稳定。使用气缸手指不可避免的在使用过程中有气压降低过程，所以夹持动力会不断减少，稳定性逐步降低，导致在解魔方的靠后步骤中夹持不稳。CN201811547993.9公开了一种双臂解魔方机器人及其使用方法，从其附图一和附图二看出双臂解魔方机器人结构复杂，为保持解魔方过程中整体机械稳定，有大量的支持结构，并且文中多次提到的气动相关结构有上述分析的不足。而电磁动力来源的手指结构在解魔方机器人领域中几乎没有应用。

同时，现有的解魔方机器人控制方法有优点也有许多不足。如麻省理工学院此前推出的解魔方机器人结构简单，控制方便，整个运行过程流畅快速。但是，这种控制方法依赖的机械结构必须破环魔方机器人的原有结构，且解魔方时拆装麻烦。而对于双臂的机械结构的解魔方机器人，现能查询到的控制方法复杂冗长，与机械结构相容性较差，解魔方时间长，效率较低。CN201710113251.4公开了一种快速还原魔方的智能机器人及其控制方法，其在获取色块信息和确认时就多次需要使用人对机器和控制系统进行操作，还需要使用者确认色块信息的正确性，过程较为复杂，在控制方法上有上述不足。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电磁双臂解魔方机器人及其控制方法，其中该机器人的电磁臂利用电磁驱动作为动力源，通过电磁铁通电和断电过程中可动铁芯的上下移动带动机械手完成抓取动作和放开动作，具有高响应、体积小的优势，因而尤其适用于解魔方机器人的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种电磁双臂解魔方机器人，该机器人包括结构相同并且左右对称设置的第一电磁臂单元和第二电磁臂单元，以及识别单元和控制单元，其中：

所述第一电磁臂单元和第二电磁臂单元均包括电机、机械手、电磁铁紧固桶、电磁铁、电磁铁推杆和弹簧，所述电机固定在底座上，用于带动所述机械手旋转，所述电磁铁紧固桶套设在所述电磁铁的外侧，该电磁铁紧固桶的下端与所述电机连接，其上端与所述机械手连接，以此对所述机械手进行固定，所述电磁铁推杆固定在所述电磁铁的可动铁芯上，同时该电磁铁推杆的两端分别与所述机械手连接，用于带动所述机械手完成抓取动作，所述弹簧设置在所述电磁铁与电磁铁推杆之间，工作过程中，当所述电磁铁通电时，所述可动铁芯带动所述电磁铁推杆向下移动，压缩所述弹簧同时带动所述机械手向内旋动完成抓取动作，当所述电磁铁断电时，所述弹簧回弹，从而带动所述电磁铁推杆向上移动，使得所述机械手向外旋动完成放开动作；

所述识别单元设置在所述第一电磁臂单元和第二电磁臂单元的中间，用于采集魔方的色块信息；