CN111643884A

CN111643884A - 一种面位传感结构及智能魔方

Info

Publication number: CN111643884A
Application number: CN202010666074.4A
Authority: CN
Inventors: 江淦源
Original assignee: Guangzhou Ganyuan Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Ganyuan Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2020-07-12
Filing date: 2020-07-12
Publication date: 2020-09-11
Also published as: GB202101089D0; GB2597115B; US20220008817A1; EP3939677B1; EP3939677A1; JP2022016724A; JP7262821B2; US11559734B2; GB2597115A

Abstract

本发明公开了一种面位传感结构，通过将六块印刷电路板拼合在一起形成一正六面体作为智能魔方的轴心，仅仅通过刷片刷过铜箔以引起电平变化来让主控芯片组识别层面转动，在使得层面的位置变化识别更准确、丢步率更低的同时，实现零部件的减少和组装工艺的简化，还公开了一种智能魔方，通过将面位传感相关的零部件全部集中在轴心，使得魔方的角块、棱块和中心块内部具备空间安装其他功能性组件如轴心浮动弹力调节系统和磁性定位系统，使得该智能魔方在旋转发力时更轻松自如的同时，其智能功能更加运行顺畅，提升用户体验度。

Description

一种面位传感结构及智能魔方

技术领域

本发明涉及具有相互之间可移动元件的智力玩具领域，具体为一种带有提示、记录功能的智能魔方以及该智能魔方的中心轴结构。

背景技术

魔方是结构简单、赋予变化、深受欢迎的智力玩具。对于传统的三阶魔方，由一个中心轴，与中心轴相连接的6个中心块，嵌在每两个中心块之间的12个棱块以及嵌在三个棱块之间的8个角块所构成。

对于传统的三阶魔方，具有如下缺陷：

(1)复原难，魔方变化多端，在不知公式的情况下，很难复原，而所述公式形式庞杂，使用者难以记忆；

(2)难以准确计时，目前的魔方复原比赛中，选手在复原成功后需要自行按下停止计时的按钮，因此始终会存在0.5秒左右的计时误差；

(3)不便于玩家之间的技术交流，因为复原操作时手部遮挡的原因，旁观者或者摄像头很难观察到完整的操作过程，同时也很难记录魔方还原过程步骤。

为了解决上述技术问题，现有技术中提供了公开号为WO/2016/173476的一种带有提示、记录功能的智能魔方，但具有如下缺点：

(1)电子配件及塑胶件繁多，使得重量偏重，不利于选手爆发速度；

(2)组装工艺复杂，导致制造成本过高，也不便于使用者拆解及调试；

(3)面方位传感相关的零部件由于布置过多，容易出现感应误差，进而导致智能魔方中的主控判断错误，影响使用体验；

(4)智能魔方的面位传感器，亦即现有技术文本中的物理检测模块电路，一般安装在中心块内，致使使用者无法通过使用公开号为CN210384805U这一在先申请中的轴心浮动弹力调节系统来对智能魔方的轴心及浮动幅度进行调整；

(5)智能魔方的各种感应器和面位检测机构，都采用电线焊接、FPC扁平线焊接，焊接成本高，电线布局凌乱，在长期使用容易出现虚焊和断线致使智能魔方无法正常使用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个目的是提供一种面位传感结构，旨在减少智能魔方的零配件、提升感应精度以及具备较高的长期使用稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明第二个目的是提供一种智能魔方，旨在使其具备传统智能魔方的基础功能的前提下，能使魔方比赛的选手能对魔方的弹力、浮动幅度以及定位性能进行调节以获得更好的参赛表现。

为了实现第一个目的，本发明采用如下技术方案：

一种面位传感结构，其特征在于，包括：

六块的印刷电路板，所述印刷电路板相互电性连接并组成一个正六面体，每块印刷电路板的外表面设置一圆心在所述印刷电路板中心处的圆环形铜箔，所述圆环形的外围等间距设置共圆心、等半径的四条弧形铜箔，且所述圆环形铜箔和弧形铜箔共圆心；

六根轴杆，所述轴杆的杆体底部设置有圆盘底座，所述圆盘底座的底面固定一底盘铜箔，所述底盘铜箔设置有三根向所述印刷电路板一侧凸起的刷片，分别为第一刷片、第二刷片和第三刷片；

位于所述印刷电路板上的所述圆心处开设一通孔，所述圆盘底座的底面中心处设置一与所述通孔对应的、贯穿所述底盘铜箔的凸柱，所述轴杆通过凸柱插入所述通孔而可沿自身中轴线旋转地安装于印刷电路板上；

所述底盘铜箔在随轴杆转动时，所述第一刷片和第二刷片扫过的路径位于所述圆环形铜箔之上且与所述印刷电路板电性连接，同时所述第三刷片扫过的路径覆盖四条所述的弧形铜箔，且第三刷片扫过弧形铜箔时与所述印刷电路板电性连接；

所述正六面体内设置有主控芯片组以及用于为主控芯片组供电的电池，所述主控芯片组与所述圆环形铜箔电性连接，当其中一条的所述轴杆旋转时，主控芯片组接收第三刷片刷过弧形铜箔时所引起的电平变化信号；

还包括由上、下半圆球盖盖合而成的球盖，所述正六面体设置于所述球盖之内，所述轴杆贯穿球盖并延伸出球盖之外。

进一步地，所述球盖的缝隙线位于四根轴杆的所共有的水平面之上，所述的四根所述轴杆所对应球盖的所述位置设置均有上半圆管和下半圆管，所述上半圆管均位于所述上半圆球盖，所述下半圆管均位于所述下半圆球盖，所述上、下半圆球盖盖合后每个对应的上、下半圆管均盖合成一套接所述轴杆杆体的圆管，每个所述圆管均被球轴所套接。

进一步地，所述正六面体中一个面的印刷电路板的内侧，设置一用于安装CR纽扣电池的电池槽，所述球盖对应于电池槽的所在位置开设一用于取出或放入所述CR纽扣电池的电池出入口，对应电池出入口处的印刷电路板底部被裁断。

进一步地，还包括一电池盖用于该合所述电池出入口。

为了实现第二个目的，本发明采用如下技术方案：

一种智能魔方，包括中心轴，与所述中心轴相连接的六个中心块，嵌在每两个中心块之间的十二个棱块，以及嵌在三个所述棱块之间的八个角块，其特征在于：所述中心轴为所述面位传感结构。

进一步地，所述轴杆末端设置有凸块，与所述中心块通过轴心浮动弹力调节系统相连接。

进一步地，所述角块内与所述棱块相邻的三侧位置上均设置有第一磁铁，棱块内与角块相邻的两侧位置上均设置有与所述第一磁铁相对应的第二磁铁。

本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：

(1)将六块印刷电路板拼合在一起形成一正六面体作为智能魔方的轴心，仅仅通过刷片刷过铜箔以引起电平变化来让主控芯片组识别层面转动，在使得层面的位置变化识别更准确、丢步率更低的同时，实现零部件的减少和组装工艺的简化；

(2)通过将面位传感相关的零部件全部集中在轴心，使得魔方的角块、棱块和中心块内部具备空间安装其他功能性组件如轴心浮动弹力调节系统和磁性定位系统，使得该智能魔方在旋转发力时更轻松自如的同时，其智能功能更加运行顺畅，提升用户体验度。

附图说明

图1为本发明所述的六块印刷电路板所组成的正六面体的立体图；

图2为图1为所述正六面体的结构爆炸图；

图3为本发明所述面位传感结构的立体图；

图4为本发明所述面位传感结构去除电池时的结构示意图；

图5为图3所述面位传感结构的部分零部件爆炸示意图；

图6为本发明所述智能魔方的部分零部件爆炸示意图；

图7为本发明主控芯片组与各检测位的电路结构框图；

图8为本发明所述检测位的结构爆炸图；

图9为本发明所述的一根轴杆顺时针转动360°时，主控芯片组所检测到的电平变化图；

图10为本发明所述的一根转轴在一个弧形铜箔范围内循环一次转动时，主控芯片组所检测到的电平变化图；

其中：1中心块；2棱块；3角块；4正六面体；41顶PCB；42底PCB；43前PCB；44后PCB；45左PCB；46右PCB；5圆环形铜箔；6弧形铜箔；7电池槽；8球盖；81上半圆球盖；82下半圆球盖；9电池出入口；10电池盖；11轴杆；111圆盘底座；112凸柱；113凸块；114杆体；12缝隙线；13圆管；131上半圆管；132下半圆管；14球轴套；15底盘铜箔；151第一刷片；152第二刷片；153第三刷片；16第一磁铁；17第二磁铁；18CR纽扣电池；19轴心浮动弹力调节系统；20通孔。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种面位传感结构。

在本发明实施例中，该面位传感结构包括六块PCB(印刷电路板)，每块PCB对应一根轴杆11，由上、下半圆球盖82盖合而成的球盖8，以及设置在PCB上的主控芯片组。

具体地，如图1至图4所示，六块PCB相互拼接成一正六面体4，六块PCB分别为顶PCB41、底PCB 42、前PCB 43、后PCB 44、左PCB 45、右PCB 46，六块PCB相互电性连接，而每块PCB的外表面均设置一圆心在印刷电路板中心处的圆环形铜箔5，圆环形的外围等间距设置共圆心、等半径的四条弧形铜箔6，且圆环形铜箔5和弧形铜箔6共圆心，为了实现给主控芯片组供电，底PCB 42朝向正六面体4内部的一侧设置一用于安装CR纽扣电池18的电池槽7，前PCB 43底部对应电池槽7所在的位置被裁断，正六面体4设置于由上、下半圆球盖82盖合而成的球盖8之内，球盖8对应于电池槽7的所在位置开设一用于取出或放入CR纽扣电池18的电池出入口9，还设置一电池盖10用于该合电池出入口9。

具体地，如图3至图5所示，轴杆11杆体114贯穿球盖8并延伸出球盖8之外，球盖8的缝隙线12位于前、后、左、右PCB 43、44、45、46所对应轴杆11的轴线所共有的水平面之上，这四根轴杆11所对应球盖8的所在位置均设置有上半圆管131和下半圆管132，上半圆管131均位于上半圆球盖81，下半圆管132均位于下半圆球盖82，上、下半圆球盖82盖合后每个对应的上、下半圆管132均盖合成一套接轴杆11杆体114的圆管13，每个圆管13均被球轴套14所套接。

具体地，如图5所示，每根轴杆11的杆体114底部设置有圆盘底座111，每个圆盘底座111的底面固定一底盘铜箔15，底盘铜箔15设置有三根朝向PCB一侧凸起的刷片，分别为第一刷片151、第二刷片152和第三刷片153，位于每块圆环形铜箔5上的圆心处开设一通孔20，圆盘底座111的底面中心处设置一与通孔20对应的、贯穿底盘铜箔15的凸柱112，每根轴杆11通过凸柱112插入通孔20而可沿自身中轴线旋转地安装于各自对应的PCB上，其中的底盘铜箔15在随轴杆11转动时，第一刷片151和第二刷片152扫过的路径位于圆环形铜箔5之上且与PCB电性连接，同时第三刷片153扫过的路径覆盖四条的弧形铜箔6，且第三刷片153扫过弧形铜箔6时与PCB电性连接，扫过两弧形铜箔6之间的空隙时不与PCB电性连接。

具体地，主芯片组包括电平检测模块、数据处理模块、运算存储模块、蓝牙发送模块，当其中一条的轴杆11旋转时，主控芯片组中的电平检测模块接收该轴杆11对应底座铜箔上的第三刷片153刷过弧形铜箔6时所引起的电平变化信号。

本发明还提供一种智能魔方。

在本发明实施例中，如图6所示，该智能魔方以本发明面位传感结构作为中心轴，还包括与面位传感结构的轴杆11相连接的六个中心块1，嵌在每两个中心块1之间的十二个棱块2，以及嵌在三个棱块2之间的八个角块3，角块3内与棱块2相邻的三侧位置上均设置有第一磁铁16，棱块2内与角块3相邻的两侧位置上均设置有与第一磁铁16相对应的第二磁铁17，轴杆11末端设置有凸块113，与中心块1通过轴心浮动弹力调节系统19相连接，对于轴心浮动弹力调节系统19的具体结构和使用方式，可参考公告号为CN210384805U的在先公开文本，在此不再重复叙述。

具体地，如图7所示，面位传感结构的每块PCB及其对应的轴杆11、该PCB上的圆环形铜箔5和四条弧形铜箔6、以及轴杆11底部的底盘铜箔15上的第一、第二、第三刷片153，共同构成一个检测位，其与主控芯片组之间的电路连接关系见图8。

以上检测位对应层面转动为例，当层面转动360°时，对应层面的轴杆11同样转动360°，此时第三刷片153扫过所有弧形铜箔6，使得主控芯片组检测到如图9所示的电平变化，图8中每一各峰对应一个弧形铜箔6，意味着每转90°出现一个对应的高电平，主控芯片组将这些电平变化转换为数字信号进行运算和存储，最终经蓝牙发送至智能终端的APP来呈现智能魔方对应层面的转动。

同理，以上检测位对应的层面转动为例，若该层面旋转不足90°在逆方向旋转，主控芯片组所检测到的电平变化如图10所示，此时对该电平变化转换为数字信号，通过主控芯片组内置的算法将该电平变化定义为不向智能终端发送层面已转动的信号，以避免智能终端的APP呈现错误。

需要注意的是，本领域技术人员不限于本实施例所设计的电路以使第三刷片153在刷过弧形铜箔6时实现如图9或图10的电平变化，也可以设置其他形式的电路，只要能刷第三刷片153刷过弧形铜箔6时所产生的电平变化信号能被主控芯片组正常识别即可。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，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/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种面位传感结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述智能魔方的面位传感结构，其特征在于：所述球盖的缝隙线位于四根轴杆的所共有的水平面之上，所述的四根所述轴杆所对应球盖的所述位置设置均有上半圆管和下半圆管，所述上半圆管均位于所述上半圆球盖，所述下半圆管均位于所述下半圆球盖，所述上、下半圆球盖盖合后每个对应的上、下半圆管均盖合成一套接所述轴杆杆体的圆管，每个所述圆管均被球轴所套接。

3.根据权利要求2所述智能魔方的面位传感结构，其特征在于：所述正六面体中一个面的印刷电路板的内侧，设置一用于安装CR纽扣电池的电池槽，所述球盖对应于电池槽的所在位置开设一用于取出或放入所述CR纽扣电池的电池出入口，对应电池出入口处的印刷电路板底部被裁断。

4.根据权利要求3所述智能魔方的面位传感结构，其特征在于：还包括一电池盖用于盖合所述电池出入口。

5.一种智能魔方，包括中心轴，与所述中心轴相连接的六个中心块，嵌在每两个中心块之间的十二个棱块，以及嵌在三个所述棱块之间的八个角块，其特征在于：所述中心轴为权利要求1-4任一所述智能魔方的面位传感结构。

6.根据权利要求5所述的智能魔方，其特征在于：所述轴杆末端设置有凸块，与所述中心块通过轴心浮动弹力调节系统相连接。

7.根据权利要求5或6所述的智能魔方，其特征在于：所述角块内与所述棱块相邻的三侧位置上均设置有第一磁铁，棱块内与角块相邻的两侧位置上均设置有与所述第一磁铁相对应的第二磁铁。