[发明专利]用于平面魔方机构的可重构运动建模方法及平面魔方机构

说明书

本发明提供了一种用于平面魔方机构的可重构运动建模方法，其包括：确定平面魔方的初始转轴和初始转动副接触面，确定平面魔方的所有转轴和转动副接触面，确定每个转轴上对应的第一交换块、第二交换块以及转轴之间的距离，进行平面魔方机构的可重构综合，获得符合可重构运动条件的若干平面魔方机构，判断是否存在分岔，若是则能发生可重构运动，否则不能发生可重构运动，并基于此提出一种平面魔方机构。本发明提出的平面魔方机构可重构建模方法，通过修改转动副接触面参数和转轴之间距离来改变魔方转动操作，以满足不同构态的需求，同时平面魔方机构是在平面中进行操作的，组合状态数目相对较少，易于还原，适用于不同年龄段的人群。

技术领域

本发明属于机构学和玩具领域，具体涉及一种用于平面魔方机构的可重构运动建模方法及其平面魔方机构。

背景技术

魔方作为一种玩具，广泛应用于智力开发、娱乐比赛等方面。由于其结构紧凑，组合状态数目众多，适用人群广泛，加之性价比高等优点，已经进入了普通大众的视野。

现有魔方中，以经典三阶魔方为代表存在如下的问题，其组合状态数目众多，对于一个普通成年人来讲，想要将其还原，在没有教程的情况下是有一定困难的，更别提低龄儿童了。加之现代社会的电子化，各种电子游戏及短视频的泛滥，长时间的接触对于儿童的正常发育是有害的。基于此，提出一种用于平面魔方机构的可重构运动建模方法并设计一种相对更加简单有趣、适用低龄儿童的平面魔方机构是十分有现实意义的。

发明内容

针对以上情况，本发明提供了一种用于平面魔方机构的可重构运动建模方法，该方法包括：确定平面魔方的初始转轴和初始转动副接触面，确定平面魔方的所有转轴、转动副接触面和母线，确定每个转轴上对应的第一交换块、第二交换块以及转轴之间的距离，进行平面魔方机构的可重构综合，获得符合可重构运动条件的若干平面魔方机构，判断是否存在分岔，若是则能发生可重构运动，否则不能发生可重构运动，并基于此提出一种平面魔方机构。本发明提出的平面魔方机构可重构建模方法，通过修改转轴的个数、转动副接触面参数和转轴之间距离来改变魔方转动操作，以满足不同构态的需求，同时平面魔方机构是在平面中进行操作的，组合状态数目相对较少，易于还原，适用于不同年龄段的人群。

本发明提供一种用于平面魔方机构的可重构运动建模方法，其包括以下步骤：

S1、确定平面魔方的初始转轴⁰L₀和初始转动副接触面⁰Π₀：确定初始转轴⁰L₀，并且给初始转轴设定一个确定参数的初始转动副接触面⁰Π₀，初始转轴上选定一点作为所述初始转轴对应的分坐标的原点⁰O₀，所有分坐标的原点位于过原点⁰O₀且垂直于初始转轴的面内，与此同时设置两个平行于初始转动副接触面⁰Π₀的平行平面，两个平行平面分别位于所述初始转动副接触面⁰Π₀的两边，且两个平行平面之间的部分作为基座，基座的大小能使得所有的块都位于基座上；

S2、确定平面魔方的所有转轴和转动副接触面：确定平面魔方的所有转轴并建立所有转轴的分坐标系，获取母线在分坐标系下的方程，确定所有转轴相对应的转动副接触面，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、根据需要确定平面魔方的⁰n个转轴，记作所述⁰n个转轴均和初始转轴⁰L₀平行，同时给定与初始转动副接触面⁰Π₀相同的⁰n个转轴上的转动副接触面，记作以转轴为纵坐标，任一垂直于转轴且与转轴相交的直线为横坐标建立分坐标系；