XCube 動態容錯軸心專利結構公布 by xb27

xb27

<<容錯應該在"當步"中發生，不是到了"下一步"才去修正上一步的誤差>> by xb27


各位魔友們大家好，XCube在先前研發出中層定位及等邊方七後，似乎停手了好長的一段時間

事實上，我在開發一項全面性提升容錯的結構---動態容錯軸心

為何需要動態容錯?

1. 傳統魔術方塊具有"正容錯"或是"逆容錯"，然而在發生容錯的過程中，要消耗大量的力量(尤其是逆容錯)，甚至可能有誤動作的情形而導致DNF

2. 所有魔術方塊都應該是越滑越好，不該有"過滑"的問題，手在操作時所需消耗的力量越少越好，長期轉動後手也比較不容易受傷
然而傳統魔方"過滑"反而會有誤觸的問題，需要很小心的轉動，不然就是要加較黏的油來增加阻力，這是很詭異的

如何產生動態容錯?

動態容錯的核心概念，就是容錯應該是在"當步"中發生，而不是在"下一步"才去修正上一步的誤差，因此，這是一個預先容錯的概念。

要產生動態容錯，首先要解決每面轉動過後可能不是停留在對齊角度上的問題，要解決這個問題，必需讓每面在轉動過程中，阻力力矩是不斷變化的，且易於停留在對齊的角度上，這個概念若是用系統位能來解釋，可以得到這張圖


當轉動角位在0及α時，彈力位能在最低之狀態E0，在該點形成穩定平衡；當轉動角延著0向0.5α轉動時，彈力位能曲線呈一遞增函數，先是延一斜率上升，之後逐漸趨向平緩，當到達0.5α時，斜率為0，彈力位能到達最高點E0+d，在該點達成不穩定平衡狀態；當轉動角延著0.5α向α轉動時，彈力位能曲線呈一遞減函數，一開始斜率為0，之後斜率下降為負，到達α時，斜率為最陡，形成下一個穩定平衡之狀態，如同轉動角為0時之情形。


單就彈力位能變化圖，難以了解實際運動之狀態，因此，此圖為轉動角對應力矩之變化圖，更能看出其中的變化，當轉動角位在0及α時，所受力矩均為0，當轉動角一增加時，立即受到-τ的阻抗力矩，這力矩隨著轉動角增加而遞增，轉動角到達0.5α時，力矩洽為0，繼續由0.5α向α轉動時，此力矩由負轉正，成為一助力，加速後半步之轉動，若是在沒有磨擦力的理想情形下，此助力會自動將下半步完成；且若是在轉動過程中有誤觸，導致轉動角停留在0~0.5α之間任意角度，阻抗力矩也會自動將其校正至0之狀態，以減少許多誤觸之情況發生。

什麼是動態容錯軸心?


為實現這樣的運動方式，動態軸心承襲了XCube4階的分離中心塊架構，將接觸面改為曲面，進而構成面凸輪的機構

當魔術方塊在正常形態如(a)時，內中心及中心塊之凸輪面密合，呈現穩定狀態；又當其轉動一角度時，兩兩曲面碰觸，推擠開來形成間隙如(b)，此時，內中心可視為凸輪機構中之從動件，且會相對於中心軸向外滑行，造成彈簧 被壓縮，以致於彈力位能增加，阻抗力矩也因此產生。

實驗過程:

為實現驗證機構，採用過三種3D打印技術，分別是:
SLS粉末燒結
PolyJet
及我自己開發的FDM 3D打印機-XBRP

實驗後體驗結果，雖3D打印之魔方之滑順度不如開模量產者，但在各樣品中，均可以感受到從軸心產生的一個助力，幫助將方塊回正到正確的位置上，可想而知量產後的效果可見一斑。

其他應用:

動態容錯軸心不只可以用在3階魔方上，其他階數也一併適用
並且可以用在不同面數的魔方，如Megaminx、Pyraminx


相關專利:
美國專利(發明)
US9101822B2
大陸專利(實用新型含技術報告)
ZL 2014 2 0411561.6
台灣專利(發明專利，已通過待領證)
102133481

zhang2345

代有人才出，感谢为魔方发展做出贡献的人！

管窥子

现在是磁力魔方的天下，这个设计恐怕没有机会面世了。

Fenz

xb27 发表于 2015-10-11 22:40
可以說是直接糾正錯誤，算是預防性的容錯喔

我也認爲叫防錯比較好，容錯是容許錯位，這個是防止錯位。
超級棒的設計，希望早些在量產魔方中看到應用。
認爲曲面的形狀是可繼續做文章之處，不同的形狀會帶來不同的手感，體現在糾正力大小，範圍，糾正精度以及卡頓感上。比如平面上弄出四個凹槽的形狀，就會是鋼珠定位系統那種手感，糾正範圍較小而糾正精度較高，以及較大的卡頓感；樓主所使用的曲面則有較大的糾正範圍（兩邊45度的話，就是最大糾正範圍了），而糾正精度會差一些，也不會有過明顯的卡頓感。曲面高度和彈簧彈性係數、長度配合，又能改變糾正力的大小，以及卡頓感的強弱。
PS：樓主的打印機精度不錯，比我的強多了，羨慕。

cdjgame

打印机好像很一般啊~
请问这种打印机打出来的效果好吗？

xb27

otischeng 发表于 2015-10-7 10:16
好像前天在你的博客裡看到了. 今天在魔方吧再看一下. 設計很棒! 這個新的理念必會改變目前魔方已有的結構~期 ...

謝謝O大的鼓勵及加分，我要更努力把它做出來

xb27

otischeng 发表于 2015-10-7 10:16
好像前天在你的博客裡看到了. 今天在魔方吧再看一下. 設計很棒! 這個新的理念必會改變目前魔方已有的結構~期 ...

謝謝O大的鼓勵及加分，我要更努力把它做出來

xb27

China_zy 发表于 2015-10-6 21:04
请问动态容错是不是能看作是：“在魔方转动过程中帮助纠正手法上的错误，从而让魔方回到正确的位置上”呢？

可以說是直接糾正錯誤，算是預防性的容錯喔

xb27

迷你巧克力 发表于 2015-10-6 20:33
好设计，但是在高速转动的过程之中，会不会这个系统未及时执行呢？另一个方向的转动和这个力量的合力是否会 ...

不會有來不及執行的問題，除非手速超過每秒50步以上，用機械來轉的話可能有機會

不會增加POP的可能性，反而在轉45度時候，容錯空間會被鎖住，比一般魔方更不易POP

平衡小球

TOETOE55 发表于 2015-10-7 12:24
膜拜。话说gan也提出过变阻力的概念吧

GAN几个小时前在贴吧说了，渐变阻尼是永远摩擦力，这个有纠正力，完全不同。