CN107684728B - 一种竞技装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种竞技装置及其工作方法，其中该竞技装置包括机械模块、控制模块和检测模块；机械模块包括底座，环形运动带，顶针，推杆、拼版、回收轨道和回收槽；控制模块包括微控制器，第一驱动单元、推杆控制单元和行列驱动单元；检测模块包括第一无线单元，微型轻触开关，置于所述拼版内的电池、控制单元和第二无线单元，显示屏和计时器；所述顶针在行列驱动单元的作用下呈现具体形状，检测模块检测用户拼插的拼版是否和所述具体形状相匹配，并输出结果，最后通过推杆回收拼版。本发明提供的竞技装置全智能化和自动化；竞技时，能快速输出成绩；不依赖于电子屏幕，更适宜长时间竞技和锻炼。

Description

一种竞技装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种竞技装置，尤其涉及一种有关反应速度的竞技装置及其工作方法。

背景技术

现有技术中，有很多关于反应速度测试的小程序，这些小程序极度依赖于智能手机或者平板电脑，公平性不高，普适性不强，且不适合用于竞技；且需要电子屏幕辅助，长时间游戏对眼睛有害，更不宜作为儿童的竞技装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种竞技装置及其工作方法，所述竞技装置不依赖电子屏幕，操作性强，且智能化和全自动化，特别适用于竞技和锻炼，其具体采用的技术方案如下：

一种竞技装置，包括机械模块、控制模块和检测模块；

其中，所述机械模块包括底座、环形运动带、顶针、推杆、拼版、回收轨道和回收槽；

所述环形运动带安装于所述底座上，所述顶针安装于所述环形运动带上；

所述顶针用于呈现具体形状；

所述拼版与所述具体形状相匹配，所述拼版包含永磁材料且底部设计有与所述顶针相匹配的凹槽；

所述推杆用于将所述拼版推入所述回收轨道，所述回收轨道具有坡度，所述拼版经所述回收轨道落回所述回收槽；

所述控制模块包括微控制器，第一驱动单元、推杆控制单元和行列驱动单元；

所述微控制器用于控制所述第一驱动单元、所述推杆控制单元和所述行列驱动单元；

所述第一驱动单元用于驱动所述环形运动带运动；

所述推杆控制单元用于控制所述推杆工作；

所述行列驱动单元用于驱动所述顶针上下运动形成所述具体形状；

所述检测模块包括置于所述底座内的第一无线单元，置于所述凹槽内的微型轻触开关，置于所述拼版内的电池、控制单元和第二无线单元，显示屏和计时器；

所述电池用于为所述控制单元、所述第二无线单元和所述微型轻触开关供电；

所述微型轻触开关用于验证所述拼版是否与所述具体形状相匹配，并将结果发送至所述控制单元，所述控制单元通过第二无线单元将所述结果发送至所述第一无线单元；

所述第一无线单元与所述微控制器互相通信，微控制器根据所述第一无线单元接收到的所述结果，控制所述计时器和显示屏；

所述计时器用于记录正确拼插时间；

所述显示屏用于显示所述正确拼插时间和/或正确拼插个数。

优选的，所述顶针数量为M*N个，并以M行N列的形式排列于所述环形运动带上，其中M和N均为大于1的正整数，每个所述顶针都包含一个电动伸缩机构。

优选的，所述控制模块还包括初始位置检测开关，所述初始位置检测开关置于所述推杆对应位置的底座上，第一列顶针对应的环形运动带的位置上设置有凸起结构，当所述第一列顶针运动到所述初始位置检测开关所处位置时，对所述竞技装置进行复位。

优选的，所述推杆的头部设置有磁传感器。

优选的，所述竞技装置还包括语音提示模块和LED灯指示模块。

一种竞技装置的工作方法，包括以下步骤：

控制环形运动带运动；

控制部分顶针伸出，形成具体形状，其余顶针维持缩进状态；

判断凹槽内的微型轻触开关是否都被按压；

若都被按压，表示拼插正确；通过第二无线单元将结果发送至第一无线单元；

记录正确拼插时间；

当正确拼版运行到推杆位置时，控制所述环形运动带停止运动且控制所述部分顶针缩回；

所述推杆将所述正确拼版推入回收轨道。

优选的，所述推杆的头部设置有磁传感器，所述所述推杆将所述正确拼版推入回收轨道为，

当所述正确拼插的拼版运动到所述推杆位置时，所述推杆头部的磁传感器输出信号产生跳变，推杆控制单元控制所述推杆伸出，将所述正确拼版推入所述回收轨道。

优选的，所述控制部分顶针伸出，形成具体形状，其余顶针维持缩进状态为，

通过随机函数，从形状码库中随机选择一个形状码，微控制器根据所述形状码通过行列驱动单元命令第i-j行、第k-l列顶针的电动伸缩机构伸出，其余顶针的电动伸缩机构维持缩进，得到与所述形状码对应的具体形状；

其中，i,j<＝M，k,l<＝N，i、j、k、l、M、N均为正整数。

与现有技术相比，本技术方案的有益效果是，手动选择拼版，手动拼插拼版，操作性强，但是控制系统和检测系统智能化和全自动化，特别适用于竞技和锻炼，且本装置不依赖于电子屏幕，因此也适用于对儿童反应速度的锻炼。

附图说明

图1是本发明提供的一种竞技装置的机械模块结构图；

图2是本发明提供的一种竞技装置的控制模块框图；

图3是本发明提供的一种竞技装置的检测模块框图；

图4是本发明提供的一种竞技装置的工作方法的流程图；

图5是一种竞技装置工作过程中的一个状态图；

图6是一种竞技装置工作过程中的另一个状态图；

图7是一种竞技装置工作过程中的另一个状态图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明提供了一种竞技装置，它包括机械模块1、控制模块2和检测模块3；机械模块1、控制模块2和检测模块3分别如图1、图2和图3所示；

其中，所述机械模块1包括底座11、环形运动带12、顶针13、推杆14、拼版15、回收轨道16和回收槽17；

所述环形运动带12安装于所述底座11上，所述顶针13安装于所述环形运动带12上；

所述顶针13用于呈现具体形状；

所述拼版15与所述具体形状相匹配，所述拼版15包含永磁材料且底部设计有与所述顶针13相匹配的凹槽；

所述推杆14用于将所述拼版15推入所述回收轨道16，所述回收轨道16具有坡度，所述拼版15经所述回收轨道16落回所述回收槽17；

所述控制模块2包括微控制器21，第一驱动单元22、推杆控制单元23和行列驱动单元24；

所述微控制器21用于控制所述第一驱动单元22、推杆控制单元23和所述行列驱动单元24；

所述第一驱动单元22用于驱动所述环形运动带12运动；

所述推杆控制单元23用于控制所述推杆14工作；

所述行列驱动单元24用于驱动所述顶针13上下运动形成所述具体形状；

所述检测模块3包括置于所述底座11内的第一无线单元31，置于所述凹槽内的微型轻触开关35，置于所述拼版内的电池34、控制单元36和第二无线单元37，显示屏32和计时器33；

所述电池34用于为所述控制单元36、所述第二无线单元37和所述微型轻触开关35供电；

所述微型轻触开关35用于验证所述拼版15是否与所述具体形状相匹配，并将结果发送至所述控制单元36，所述控制单元36通过第二无线单元37将所述结果发送至所述第一无线单元31；

所述第一无线单元31与所述微控制器21互相通信，微控制器21根据所述第一无线单元31接收到的所述结果，控制所述计时器32和显示屏22；

所述计时器32用于记录正确拼插时间；

所述显示屏33用于显示所述正确拼插时间和/或正确拼插个数。

具体的，图1为本发明提供的一个实施例中机械模块1的结构图，它包括底座11，环形运动带12，顶针13，推杆14、拼版15、回收轨道16和回收槽17；其中因为环形运动带12在顶针13的下部，图1中并未清楚地展现环形运动带，只是标识性地指出了环形运动带的存在和大概位置。

为了实现拼版15和具体形状的匹配，拼版15底部设计有与对应顶针形状相匹配的凹槽；进一步的，为了判断拼版是否被正确拼插，每个凹槽内都设有微型轻触开关；只有当拼版正确拼插时，拼版上的每个凹槽才会被顶针相应地填入，此时凹槽内的所有微型轻触开关都被按压。

图2为本发明提供的一个实施例中控制模块2的框图，它包括微控制器21，第一驱动单元22、推杆控制单元23和行列驱动单元24；微控制器21为主控单元，第一驱动单元22用于驱动环形运动带12，具体的，当启动或复位该竞技装置时，第一驱动单元22在微控制器21的控制下驱动环形运动带12转动；优选的，第一驱动单元22包含步进电机，环形运动带12在步进电机的驱动下运动；进一步的，环形运动带12的速度和转向可调，具体通过微控制器21发送给第一驱动单元22的控制信号改变步进电机的驱动速度和转向，从而实现环形运动带12的速度和转向的调节；速度越大，拼插难度越大。

推杆控制单元23用于驱动推杆14伸出，在正常情况下推杆14位于底座中间，如图5所示；当拼版15运动到推杆14正前方时，如图6所示，第一驱动单元22控制环形运动带12停止运动，行列驱动单元24控制顶针13缩回，然后推杆控制单元23在微控制器21的控制下控制推杆14向前伸出，将拼版15推入回收轨道16，如图7所示。

在一个具体实施例中，推杆14为电动推杆，且其头部设置有磁传感器，因所述拼版15包含永磁材料，所以头部设置有磁传感器的电动推杆能准确的识别出拼版15是否位于推杆14正前方，具体的当拼版15运动到推杆14的正前方时，如图6所示，推杆14头部的磁传感器读取到信号电平跳变，随之发送一个控制信号给微控制器21，微控制器21接收到到该控制信号后，通过推杆控制单元23控制电动推杆14伸出，将拼版15推入回收轨道16，如图7所示。

行列驱动单元24用于驱动所述顶针13上下运动形成具体形状130；如图5所示，本实施例中，具体形状130为心形；下面对心形的形成做具体的说明。

每个顶针都包含电动伸缩机构，比如，微型电动丝杆或者微型推杆电机，在行列驱动单元的驱动下，形成心形的顶针伸出，其余保持缩进状态；在一个具体实施例中，环形运动带上共设置有M行(从内到外共有M圈，最内圈为第1行，编号往外递增，最外圈记为第M行))N列(取沿半径方向的某一列作为第一类，按顺时针方向编号递增，即第一列左边的那列为第N列)顶针，在本实施例中共有M*N个顶针。通过驱动M*N个顶针中的若干个顶针伸出形成具体形状，具体为通过随机函数，从形状码库中随机选择一个形状码，微控制器根据所述形状码通过行列驱动单元命令第i-j行、第k-l列的电动伸缩机构伸出，其余顶针的电动伸缩机构维持缩进，得到与所述形状码对应的具体形状；为增加趣味性，此过程中，可以令该心形的生成不是同时完成的，即顶针一个一个逐步伸出来，到了半圈处，才全部伸出。需要注意的是，为确保每次竞赛公平，第k-l列中的k必须是确定的，比如令k＝1。

其中，i,j<＝M，k,l<＝N，i、j、k、l、M、N均为正整数。

图3为本发明提供的一个实施例中检测模块3的框图，它包括置于所述底座11内的第一无线单元31，置于所述凹槽内的微型轻触开关35，置于所述拼版15内的电池34、控制单元36和第二无线单元37，计时器32和显示屏33；

所述电池34用于为所述控制单元36、所述第二无线单元37和所述微型轻触开关35供电；

所述微型轻触开关35用于验证所述拼版15是否与所述具体形状相匹配，并将结果发送至所述控制单元36，所述控制单元36通过第二无线单元37将所述结果发送至所述第一无线单元31；

所述第一无线单元31与所述微控制器21互相通信，微控制器21根据所述第一无线单元31接收到的所述结果，控制所述计时器和显示屏；

所述计时器32用于记录正确拼插时间；

所述显示屏33用于显示所述正确拼插时间和/或正确拼插个数。

检测过程为，当拼版15正确套上形成具体形状的顶针时，拼版15的所有凹槽中的所有微型轻触开关才都被按压，拼板内置控制单元36检测到拼版15的所有微型轻触开关都被按压后，判断出拼版15正确拼插，然后再通过拼版15上的第二无线单元37将拼插结果传递给底座11上的第一无线单元31，而后微控制器21根据所述第一无线单元31接收到的拼插结果，控制所述计时器和显示屏。拼版15上的任何一个微型轻触开关未被按压都表示拼插错误。

进一步地，按下该竞技装置的启动按键或复位后，计时器32开始计时。假设，本次正确的拼版为心形拼版，如图1所示，用户看到此具体形状为心形后，应从所有拼版中，尽快挑选出心形拼版，嵌入到心形的顶针上面，只有心形拼版的凹槽才与心形的具体形状相对应，即，心形拼版的所有微型轻触开关可以同时被按压；而其它形状的拼版无法完美地嵌入形成心形的所有顶针上，即使其它形状拼版的某几个凹槽能嵌入到形成心形的部分顶针上，其它形状拼版的所有微型轻触开关也不能被同时按压，即表示拼插错误。以此为例，若用户挑出的不是心形拼版，则无法嵌入成功，计时器32不输出拼插时间；若用户拼板正确且套入成功，且拼版的所有微型轻触开关都被按压，微控制器21接收到相应正确拼插的结果后控制计时器32停止计时，并记录下此时的时间值，显示在显示屏33上。

优选的，本发明还提供了一种竞技装置，它还包括语音提示模块和LED灯指示模块。在用户正确或者错误拼插拼版时，同时语音提示模块和LED灯指示模块发出不同的声光提示。比如，若在一个完整的竞技过程中用户拼板一直错误，则套入不能成功(没有任何拼版的所有微型轻触开关同时被按压)，语音提示模块和LED灯指示模块提示挑战失败。当微控制器重新读取到初始位置检测开关的复位信号时，表明复位成功，语音提示模块和LED灯指示模块发出开始提示，下一轮竞技重新开始。

需要说明的是，本发明提供的一种竞技装置，它包括机械模块、控制模块和检测模块，三者配合工作，组成一个全自动竞技装置，必不可少的，它还包括电源模块和启动按键。通电前，装置为初始状态，如图5中具体形状(心形)形成之前的状态。通电后，按下启动按键，环形运动带按设置好的速度和转向运动，且部分顶针伸出形成具体形状，转完一圈后一轮完整的竞技过程结束。

优选的，所述控制模块还包括初始位置检测开关，所述初始位置检测开关置于所述推杆对应位置的底座上，第一列所述顶针对应的环形运动带的位置上设置有凸起结构，当第一列顶针运动到所述初始位置检测开关位置时，对竞技装置进行复位。某种程度上，复位相当于重按启动按键，即复位后，装置重回初始状态，随后微控制器控制环形运动带运动，再控制顶针形成具体形状，即进行下一轮测试或竞技。

在一个实施例中初始位置检测开关为轻触开关，即底座对应位置有轻触开关，第1列顶针运动到初始位置检测开关上方时，第一列所述顶针对应的环形运动带的位置上的凸起结构按压初始位置检测开关，微控制器读取到初始位置检测开关信号，进入初始状态：第1列顶针处于初始位置检测开关上方，所有顶针缩进，运动带保持静止；随着进入下一轮竞技。因此，设置复位功能后，用户不仅能通过对比拼插一个拼版所用的时间长短来完成竞技，还能通过在某段时间内正确拼插拼版的个数来完成竞技。比如，预先设定5分钟，5分钟内，每当第一列顶针运动到初始位置检测开关的位置时，装置复位，重新形成具体具体形状，用户继续拼插拼版，直到时间截止，装置停止运行，因此能计算出固定时间内用户正确拼插拼版的个数，并将具体个数显示在显示屏上。

优选的，为了增加多样性和趣味性拼版具有几类主题，比如有动物类(猫、狗，鸡、鸭等等)，水果类(香蕉、苹果、芒果等等)，卡通人物类(比如米老鼠、唐老鸭等等)，相应的微控制器的形状码库中也要存储相同多的形状码，以便控制行列驱动单元驱动顶针形成对应的具体形状，同样的，要有相应的拼版，即形状码、具体形状、拼版一一对应。

优选的，所述竞技装置还设置有模式选择按键，用户通过模式选择按键和显示屏，可选择想要的主题。比如，用户选择了动物主题，那么，顶针就会生成猫狗鸡鸭等形状。

本发明还提供了一种竞技装置的工作方法，适用于以上所述竞技装置，参见图4，该方法包括以下步骤：

S11，控制环形运动带运动；微控制器通过第一驱动单元控制环形运动带运动。

S12，控制顶针形成具体形状：控制部分顶针伸出，形成具体形状，其余顶针维持缩进状态；微控制器通过行列驱动单元控制部分顶针伸出，形成具体形状，其余顶针维持缩进状态。

S13，判断微型轻触开关是否都被按压：拼版的控制单元判断所述拼版的所有凹槽内的所有微型轻触开关是否都被按压。

S14，若都被按压，表示拼插正确；控制单元将结果通过拼版内的第二无线单元将结果发送至底座上的第一无线单元，第一无线单元再将结果传送至微控制器。

S15，记录正确拼插时间；若微控制器接收到正确拼插的结果，则记录用户正确拼插拼版的时间。

S16，控制部分顶针缩回：当正确拼版运行到所述推杆位置时，控制所述环形运动带停止运动且控制所述部分顶针缩回；所述部分顶针为形成具体形状的顶针。

S17，将正确拼版放入回收轨道：所述推杆将所述正确拼版推入回收轨道。

优选的，所述推杆的头部设置有磁传感器，步骤S17：所述推杆将所述正确拼版推入回收轨道为，

当所述正确拼插的拼版运动到所述推杆位置时，所述推杆头部的磁传感器输出信号产生跳变，推杆控制单元控制所述推杆伸出，将所述正确拼版推入所述回收轨道。

优选的，微控制器内设随机函数和形状码库，本实施例中，步骤S12：所述控制部分顶针伸出，形成具体形状，其余顶针维持缩进状态为，

通过随机函数，从形状码库中随机选择一个形状码，微控制器根据所述形状码通过行列驱动单元命令第i-j行、第k-l列顶针的电动伸缩机构伸出，其余顶针的电动伸缩机构维持缩进，得到与所述形状码对应的具体形状；

其中，i,j<＝M，k,l<＝N，i、j、k、l、M、N均为正整数。其中，i,j<＝M，k,l<＝N，i、j、k、l、M、N均为正整数。需要说明的是，第i-j行、第k-l列的顶针不限个数，也可不连续，只要能形成具体形状即可，也就是说每个形状码对应一批顶针伸出，当形状码选取后，行列驱动单元控制根据形状码对应的该批形成具体形状的顶针伸出即可。而每个形状码对应哪一批顶针伸出为事先设置的，在设备研发或者出厂中已然写入微处理器中，而第i-j行、第k-l列代表该批伸出的顶针。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种竞技装置，其特征在于，包括机械模块、控制模块和检测模块；

其中，所述机械模块包括底座、环形运动带、顶针、推杆、拼版、回收轨道和回收槽；

所述环形运动带安装于所述底座上，所述顶针安装于所述环形运动带上；

所述顶针用于呈现具体形状；

所述拼版与所述具体形状相匹配，所述拼版包含永磁材料且底部设计有与所述顶针相匹配的凹槽；

所述推杆用于将所述拼版推入所述回收轨道，所述回收轨道具有坡度，所述拼版经所述回收轨道落回所述回收槽；

所述控制模块包括微控制器，第一驱动单元、推杆控制单元和行列驱动单元；

所述微控制器用于控制所述第一驱动单元、所述推杆控制单元和所述行列驱动单元；

所述第一驱动单元用于驱动所述环形运动带运动；

所述推杆控制单元用于控制所述推杆工作；

所述行列驱动单元用于驱动所述顶针上下运动形成所述具体形状；

所述检测模块包括置于所述底座内的第一无线单元，置于所述凹槽内的微型轻触开关，置于所述拼版内的电池、控制单元和第二无线单元，显示屏和计时器；

所述电池用于为所述控制单元、所述第二无线单元和所述微型轻触开关供电；

所述微型轻触开关用于验证所述拼版是否与所述具体形状相匹配，并将结果发送至所述控制单元，所述控制单元通过第二无线单元将所述结果发送至所述第一无线单元；

所述第一无线单元与所述微控制器互相通信，微控制器根据所述第一无线单元接收到的所述结果，控制所述计时器和显示屏；

所述计时器用于记录正确拼插时间；

所述显示屏用于显示所述正确拼插时间和/或正确拼插个数。

2.根据权利要求1所述的一种竞技装置，其特征在于，所述顶针数量为M*N个，并以M行N列的形式排列于所述环形运动带上，其中M和N均为大于1的正整数，每个所述顶针都包含一个电动伸缩机构。

3.根据权利要求2所述的一种竞技装置，其特征在于，所述控制模块还包括初始位置检测开关，所述初始位置检测开关置于所述推杆对应位置的底座上，第一列顶针对应的环形运动带的位置上设置有凸起结构，当所述第一列顶针运动到所述初始位置检测开关所处位置时，对所述竞技装置进行复位。

4.根据权利要求3所述的一种竞技装置，其特征在于，所述推杆的头部设置有磁传感器。

5.根据权利要求4所述的一种竞技装置，其特征在于，所述竞技装置还包括语音提示模块和LED灯指示模块。

6.一种竞技装置的工作方法，适用于如权利要求1-5中任一项所述的竞技装置，其特征在于，包括以下步骤：

控制环形运动带运动；

控制部分顶针伸出，形成具体形状，其余顶针维持缩进状态；

判断凹槽内的微型轻触开关是否都被按压；

若都被按压，表示拼插正确；通过第二无线单元将结果发送至第一无线单元；

记录正确拼插时间；

当正确拼版运行到推杆位置时，控制所述环形运动带停止运动且控制所述部分顶针缩回；

所述推杆将所述正确拼版推入回收轨道。

7.根据权利要求6所述的一种竞技装置的工作方法，其特征在于，所述推杆的头部设置有磁传感器，所述推杆将所述正确拼版推入回收轨道为，

当所述正确拼插的拼版运动到所述推杆位置时，所述推杆头部的磁传感器输出信号产生跳变，推杆控制单元控制所述推杆伸出，将所述正确拼版推入所述回收轨道。

8.根据权利要求7所述的一种竞技装置的工作方法，其特征在于，所述控制部分顶针伸出，形成具体形状，其余顶针维持缩进状态为，

通过随机函数，从形状码库中随机选择一个形状码，微控制器根据所述形状码通过行列驱动单元命令第i-j行、第k-l列顶针的电动伸缩机构伸出，其余顶针的电动伸缩机构维持缩进，得到与所述形状码对应的具体形状；

其中，i、j<＝M，k、l<＝N，i、j、k、l、M、N均为正整数。