CN111569404A - 一种智能魔方及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能魔方及其操作方法，属于电子娱乐技术领域。该智能魔方包括魔方外壳框架、魔方内部电子芯片、传动轴及转动编码器。魔方外壳框架的每一面中心方块连接一个传动轴，传动轴连接转动编码器；电子芯片与转动编码器连接，电子芯片内部集成了传感器、低功耗蓝牙系统级芯片、电池。本发明将低功耗蓝牙与传统的魔方相结合，开发一种智能魔方从而满足人们对魔方的智能化需求，使玩家在利用魔方进行益智游戏的同时享受丰富的交互体验带来的乐趣。

Description

一种智能魔方及其操作方法

技术领域

本发明涉及电子娱乐技术领域，特别是一种智能魔方及其操作方法。

背景技术

魔方是日常生活中常见的智力游戏玩具，传统的普通魔方由角方块、棱方块、中方块，中部的连接装置组合表面的色块组成。人们在玩魔方的同时可以锻炼智力及空间想象力。随着电子技术及通信技术的发展，人们更加追求玩具的智能化。

低功耗蓝牙是一种个人局域网技术，其有低功耗、体积小、成本低、与智能手机、平板电脑及计算机兼容等优点。

将低功耗蓝牙与传统的魔方相结合，开发一种智能魔方从而满足人们对魔方的智能化需求，使玩家在利用魔方进行益智游戏的同时享受丰富的交互体验带来的乐趣。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种智能魔方及其操作方法，满足人们对魔方的智能化需求，玩家在利用魔方进行益智游戏的同时享受丰富的交互体验带来的乐趣。

为了实现上述目的，本发明采用的第一个技术方案是：一种智能魔方，其特征在于，包括：外壳框架，其呈现魔方外部的结构，外壳框架由角方块、棱方块及中心方块构成；电子芯片，其采集魔方自身状态相关的数据，电子芯片将数据处理并传输至魔方外部的智能终端，电子芯片设置于魔方内部，电子芯片内集成了低功耗蓝牙系统级芯片和传感器，数据包括智能魔方的休眠状态、休眠时间、工作模式及魔方的各种动作参数数据；传动轴，其用于采集魔方每个面的转动角度数据和方向数据，传动轴与中心方块连接；以及转动编码器，其接收并编码处理转动角度数据和方向数据，转动编码器将编码处理结果传输至电子芯片。

本发明采用的第二个技术方案是：一种智能魔方的操作方法，其特征在于，包括：连接步骤，由配制蓝牙的外部智能终端通过安装的APP搜索并连接智能魔方；获取魔方状态步骤，由电子芯片采集智能魔方自身状态相关的数据，电子芯片将数据处理并传输至智能终端，电子芯片设置于魔方内部，电子芯片内集成了低功耗蓝牙系统级芯片和传感器；魔方参数设置步骤，由智能终端通过安装的APP设置智能魔方的参数，参数包括休眠状态、休眠时间、工作模式；魔方转动步骤，魔方玩家转动智能魔方外壳框架中的中心方块，中心方块带动角方块及棱方块相应转动，从而改变魔方的姿态；魔方转动数据采集步骤，由与中心方块连接的传动轴采集中心方块的转动角度数据和方向数据；魔方转动数据编码步骤，由与传动轴连接的转动编码器接收并编码处理转动角度数据和方向数据，然后，转动编码器将编码处理结果传输至电子芯片；以及智能终端显示魔方转动过程步骤，智能终端通过安装的APP接收电子芯片传输的编码处理结果并根据编码处理结果显示智能魔方的转动过程。

本发明的有益效果是：本发明将低功耗蓝牙与传统的魔方相结合，开发一种智能魔方从而满足人们对魔方的智能化需求，玩家在利用魔方进行益智游戏的同时享受丰富的交互体验带来的乐趣。

附图说明

图1是本发明一种智能魔方结构示意图；

附图中各部件的标记如下：101-魔方外壳框架、102-传动轴、103-转动编码器、104-传感器、105-蓝牙系统级芯片、106-电子芯片、107-电池、108-智能魔方；

图2是本发明一种智能魔方操作方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

为了实现普通魔方的智能化，本发明的设计采用了普通机械魔方结合现有通信技术的思路，将蓝牙低功耗技术、传感器技术、编码器技术等技术与普通魔方融合在一起，在魔方内部设置电子芯片，利用低功耗蓝牙将魔方的状态信息和转动数据信息传输至魔方外部的智能手机、平板电脑、个人电脑等具有蓝牙通信功能的智能终端。玩家通过这些终端上安装的APP的操作与智能魔方之间实现交互，丰富了魔方的游戏方式。

图1示出了本发明一种智能魔方结构的具体实施方式。在该具体实施方式中，智能魔方108主要包括魔方外壳框架101、魔方内部的电子芯片106、传动轴102及转动编码器103。魔方外壳框架101呈现出魔方外部的结构，魔方外壳框架101主要由魔方方块组件构成，魔方方块组件包括角方块、棱方块及中心方块。魔方外壳框架101的每一个面中的中心方块对应一个传动轴102，并且每一个中心方块连接一个传动轴102。魔方中的每一个中心方块转动时，其所在的魔方面随着中心方块转动而同步转动，即中心方块转动的角度和方向与魔方面转动的角度和方向相同。同时，与中心方块连接的传动轴102也随着中心方块的转动而同步转动。

在本发明的一个具体实施例中，当玩家利用该智能魔方进行游戏时，每一个中心方块可以沿顺时针方向或逆时针方向任意旋转，从而带动相应的魔方面和传动轴102同步旋转。比如某一个中心方块沿顺时针方向转动30°，其所在的魔方面同样沿顺时针方向转动30°，与该中心方块连接的传动轴102也相应按照顺时针方向转动30°。如果该中心方块沿逆时针方向转动45°，该中心方块所在的魔方面沿逆时针方向转动45°，与该中心方块连接的传动轴102也相应按照逆时针方向转动45°。

在本发明的一个具体实施例中，传动轴102与转动编码器103相连接。当传动轴102随着其连接的中心方块转动时，其将该中心方块所在的魔方面的旋转动作传递至与其相连接的转动编码器103。由于转动编码器103与传动轴102相连接，当传动轴102转动时，转动编码器103随着传动轴102同步转动，即传动轴102转动的角度和方向与转动编码器103转动的角度和方向相同。因而，转动编码器103可以采集魔方中每个面的旋转动作的角度数据和方向数据。然后，转动编码器103对采集的角度数据和方向数据进行编码处理。转动编码器103将处理的编码数据结果传入与转动编码器103连接的魔方内部的电子芯片106中。优选的，转动编码器3通过电子排线与电子芯片106相连接。

在本发明的一个具体实施例中，电子芯片106设置于智能魔方的内部，电子芯片106内部集成了传感器104、蓝牙系统级芯片105和电池107。一方面，电子芯片106主要采集魔方自身状态相关的数据，例如智能魔方的状态参数数据及各种动作参数数据。优选的，状态参数数据包括休眠状态参数、休眠时间及工作模式参数；动作参数数据包括魔方整体旋转的角度、方向以及每个面转动的角度、方向。另一方面，电子芯片106内部的蓝牙系统级芯片105具有一定的数据运算处理能力，其可以对电子芯片106采集的数据进行处理并将处理后的数据信息传输至魔方外部的智能终端。优选的，这些智能终端包括设置蓝牙的智能手机、平板电脑、个人电脑。这些智能终端通过安装的APP接收蓝牙系统级芯片105传输的数据信息并对这些数据信息进行分析后获取魔方的各种实时动作及状态。智能魔方的游戏玩家可以通过上述智能终端中的APP对智能魔方进行参数的设置，如休眠状态、休眠时间、工作模式等；也可通过查询魔方状态，如电池状态、上电次数、产品ID等。

在本发明的一个具体实施例中，传感器104包括陀螺仪、重力传感器、磁力计等，陀螺仪可以感应魔方面转动时的角速度信息，重力传感器可以感应魔方直线运动时的加速度信息，磁力计可以感应魔方的方位信息。电池107为整个智能魔方的电子系统提供电源，优选的，电池107采用纽扣电池。蓝牙系统级芯片105采用低功耗蓝牙，其与传感器104相连接并具有一定的运算处理能力，能采集传感器104的感应数据（如魔方的角速度信息、加速度信息、方位信息）。蓝牙系统级芯片105还可以接收转动编码器103传入的传动轴的旋转数据的编码结果。

在本发明的一个具体实施例中，由于智能魔方的运动状态数据可以通过低功耗蓝牙传输至智能终端，因而扩大了智能魔方的游戏规则和游戏范围。该智能魔方不仅可以供单人游戏，还可以供多人群体游戏。例如一群游戏玩家可以通过智能终端连接的通信网络进行游戏比赛。某个玩家也可以通过智能终端的APP记录对智能魔方操作的详细过程，然后将这一个过程现场演示给其他玩家或者录制成视频传输至网上供其他玩家学习。

图2示出了本发明一种智能魔方的操作方法流程的具体实施方式，在该具体实施方式中，智能魔方的操作流程包括:

S201为智能终端与智能魔方连接步骤，由配制蓝牙的外部智能终端通过安装的APP搜索并连接智能魔方。优选的，智能终端可以是配制蓝牙的智能手机、平板电脑、个人电脑。智能终端启动安装的APP，然后，启动的APP自动通过蓝牙连接智能魔方中的蓝牙，本发明中智能魔方的蓝牙集成在电子芯片内。两个蓝牙连接成功后，才能实现智能终端和智能魔方之间的数据传输，从而使得魔方玩家可以通过智能终端及时掌握智能魔方的姿态。

S202为获取魔方状态步骤，由电子芯片采集智能魔方自身状态相关的数据，电子芯片将采集的数据进行处理并传输至智能终端，该电子芯片设置于魔方内部，电子芯片内集成了低功耗蓝牙系统级芯片和传感器。低功耗蓝牙系统级芯片用于和智能终端的APP相连接，传感器用于采集智能魔方相关的数据。优选的，电子芯片内的传感器包括陀螺仪、重力计、磁力计。其中，陀螺仪可以感应魔方面转动时的角速度信息，重力传感器可以感应魔方直线运动时的加速度信息，磁力计可以感应魔方的方位信息。另外，电子芯片内还集成了电池，从而为智能魔方的数据采集及传输提供电源。

S203为魔方参数设置步骤，由智能终端通过安装的APP设置智能魔方的参数，该参数包括智能魔方的休眠状态、休眠时间、工作模式。

S204为魔方转动步骤，魔方玩家转动智能魔方外壳框架中的中心方块，中心方块带动角方块及棱方块相应转动，从而改变智能魔方的姿态。即随着中心方块旋转方向和角度的变化，智能魔方相应面上的角方块和棱方块发生同步转到从而改变了智能魔方的姿态。

S205为魔方转动数据采集步骤，由与中心方块连接的传动轴采集中心方块的转动角度数据和方向数据。在智能魔方的每一个面上，都有一个中心方块，该中心方块与一个传动轴相连接，即一个中心方块对应一个传动轴。当中心方块转动时，其对应的传动轴也同步转动，从而使得传动轴采集了中心方块的转动角度数据和方向数据。另外，传动轴的另一端连接了转动编码器，当传动轴随着中心方块同步转动时，带动连接的转动编码器同步转动，从而实现了传动轴将采集的数据传输至与其相连接的转动编码器。

S206为魔方转动数据编码步骤，由与传动轴连接的转动编码器接收并编码处理转动角度数据和方向数据，然后，转动编码器将编码处理结果传输至电子芯片。转动编码器通过与连接的传动轴同步转动接收到智能魔方中每个面的中心方块的转动角度数据和旋转方向数据。然后，转动编码器将接收的数据进行编码处理，再通过电子排线将编码结果传输至与其连接的电子芯片。

S207为智能终端显示魔方转动过程步骤，智能终端通过安装的APP接收电子芯片传输的编码处理结果并根据编码处理结果显示智能魔方的转动过程。智能魔方中的电子芯片将接收的编码结果进行处理，然后，将处理的结果通过低功耗蓝牙传输至智能终端上安装的APP。该APP根据接收的信息在智能终端上同步显示智能魔方的转动过程。

在本发明的一个具体实施例中，智能魔方的玩家可以通过智能终端的APP相其他人演示该智能魔方的任意转动的过程从而实现了教学指导的目的。另外，智能魔方的转动过程可以存储在APP上，随时可以还原任一时刻智能魔方的状态，可还以重复播放该智能魔方的转动过程。而且，不同的玩家可以将智能魔方的整个拼图过程的时间长短通过网络相互比较，从而实现了在线对战、比拼等交互的游戏玩法，丰富了玩家对于魔方智能化的需求。

本发明将低功耗蓝牙与传统的魔方相结合，开发一种智能魔方从而满足人们对魔方的智能化需求，玩家在利用魔方进行益智游戏的同时享受丰富的交互体验带来的乐趣。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能魔方，其特征在于，包括：

外壳框架，其呈现智能魔方外部的结构，所述外壳框架由角方块、棱方块及中心方块构成；

电子芯片，其采集所述智能魔方自身状态相关的数据，所述电子芯片将所述数据处理并传输至所述智能魔方外部的配制蓝牙的智能终端，所述电子芯片设置于所述智能魔方内部，所述电子芯片内集成了低功耗蓝牙系统级芯片和传感器，所述数据包括所述智能魔方的休眠状态、休眠时间、工作模式及所述智能魔方的各种动作参数数据；

传动轴，其用于采集所述智能魔方每个面的转动角度数据和方向数据，所述传动轴与所述中心方块连接；以及

转动编码器，其接收并编码处理所述转动角度数据和方向数据，所述转动编码器将编码处理结果传输至所述电子芯片。

2.如权利要求1所述的智能魔方，其特征在于，所述电子芯片内部还集成了电池，所述传感器包括陀螺仪、重力计、磁力计。

3.如权利要求1所述的智能魔方，其特征在于，所述传动轴与所述中心块一一对应，所述传动轴与所述中心块同步转动。

4.如权利要求1所述的智能魔方，其特征在于，所述传动轴转动时，所述转动编码器相应转动，所述转动编码器与所述电子芯片采用电子排线相连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的智能魔方，其特征在于，所述智能终端包括智能手机、平板电脑、个人电脑。

6.一种智能魔方的操作方法，其特征在于，包括：

连接步骤，由配制蓝牙的外部智能终端通过安装的APP搜索并连接智能魔方；

获取魔方状态步骤，由电子芯片采集所述智能魔方自身状态相关的数据，所述电子芯片将所述数据处理并传输至所述智能终端，所述电子芯片设置于所述智能魔方内部，所述电子芯片内集成了低功耗蓝牙系统级芯片和传感器；

魔方参数设置步骤，由所述智能终端通过安装的所述APP设置所述智能魔方的参数，所述参数包括休眠状态、休眠时间、工作模式；

魔方转动步骤，魔方玩家转动所述智能魔方外壳框架中的中心方块，所述中心方块带动角方块及棱方块相应转动，从而改变所述智能魔方的姿态；

魔方转动数据采集步骤，由与所述中心方块连接的传动轴采集所述中心方块的转动角度数据和方向数据；

魔方转动数据编码步骤，由与所述传动轴连接的转动编码器接收并编码处理所述转动角度数据和方向数据，然后，所述转动编码器将编码处理结果传输至所述电子芯片；以及

智能终端显示魔方转动过程步骤，所述智能终端通过安装的所述APP接收所述电子芯片传输的所述编码处理结果并根据所述编码处理结果显示所述智能魔方的转动过程。

7.如权利要求6所述的智能魔方的操作方法，其特征在于，所述电子芯片内部还集成了电池，所述传感器包括陀螺仪、重力计、磁力计。

8.如权利要求6所述的智能魔方的操作方法，其特征在于，所述传动轴与所述中心块一一对应，所述传动轴与所述中心块同步转动。

9.如权利要求6所述的智能魔方的操作方法，其特征在于，所述传动轴转动时，所述转动编码器相应转动，所述转动编码器与所述电子芯片采用电子排线相连接。

10.如权利要求6至9任一项所述的智能魔方的操作方法，其特征在于，所述智能终端包括智能手机、平板电脑、个人电脑。

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