CN115581911B - 一种含有智能球轴的智能魔方 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含有智能球轴的智能魔方，包括：一个智能球轴；六个分别对应安装在智能球轴的旋转轴传感组件上的中心块；八个与中心块契合安装的角块；以及十二个与角块和中心块契合安装的棱块。本含有智能球轴的智能魔方，结构设计巧妙，采用六面印刷电路板拼接成智能球轴的电控系统，并配合安装在每个印刷电路板上的旋转轴传感组件，可以使面位置传感更准确，降低丢步率，而且无需电线焊接，集成化程度高，成本低，安装简单。
Description
技术领域
本发明涉及魔方技术领域，具体涉及一种含有智能球轴的智能魔方。
背景技术
传统魔方是由富于弹性的硬塑料制成的6面正方体。核心是一个轴，并由26个方块组成。26个方块包括内中心块有6个，固定不动，只有一面有颜色。角块有8个可转动。棱块12个亦可转动。玩具在出售时，方块的排列使立方体的每一面都具有相同的颜色。当大立方体的某一面平动旋转时，其相邻的各面单一颜色便被破坏，而组成新图案的立方体，再转再变化，形成每一面都由不同颜色的方块拼成。玩法是将打乱的立方体通过转动尽快恢复成六面呈单一颜色。
魔方比赛中通常采用较为复杂的魔方作为竞赛道具，比赛过程中，参赛选手需要快速转动，以求在最短的时间内完成魔方的重新排序。传统魔方，转动时依赖玩家的精准转动，需要使魔方每次转动都是90度，这样魔方就不容易卡死，而带有磁力定位方块的魔方，会有磁性吸力让魔方在90度状体被磁力吸附，定位更精准。
但是，现有的智能魔方存在以下缺陷：
(1)市场上智能魔方，因为电子配件及塑胶件繁多，重量偏重，工艺复杂，成本超高，面方位传感不准确，导致消费者及智能复原产品判断错误，影响爆发速度及复原成功率，影响消费者体验。
(2)市面智能魔方产品面位编码传感器，机构都安装在中心盖内，中心盖无GES机械手感，结构复杂，成本高昂，无法维修维护。
(3)市面智能魔方产品都采用电线焊接、FPC扁平线焊接，焊接成本高、品质风险大，电线布局凌乱。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种含有智能球轴的智能魔方，结构设计巧妙，采用六面印刷电路板拼接成智能球轴的电控系统，并配合安装在每个印刷电路板上的旋转轴传感组件，可以使面位置传感更准确，降低丢步率，而且无需电线焊接，集成化程度高，成本低，安装简单。
为实现上述技术方案，本发明提供了一种含有智能球轴的智能魔方，包括：一个智能球轴，所述智能球轴包括呈半球形状设置的球轴下盖和球轴上盖，所述球轴下盖和球轴上盖可拼接成一个球体，所述球轴下盖和球轴上盖内安装有上固定安装座和下固定安装座，前后左右四个侧印刷电路板均嵌入安装在上固定安装座和下固定安装座之间，上印刷电路板固定在上固定安装座上，下印刷电路板固定在下固定安装座上，前后左右四个侧印刷电路板均通过连接插头分别与上印刷电路板和下印刷电路板之间电性连接，中央处理器固定安装在下印刷电路板上，电池安装在上固定安装座和下固定安装座之间且通过电池传导片与上印刷电路板连接，无线蓝牙模块安装在所述上印刷电路板上，所述上印刷电路板、下印刷电路板和四个侧印刷电路板上均安装有向外延伸至球轴下盖或者球轴上盖外侧的旋转轴传感组件；六个分别对应安装在智能球轴的旋转轴传感组件上的中心块；八个与中心块契合安装的角块；以及十二个与角块和中心块契合安装的棱块。
在上述技术方案中，实际使用时，对魔方六个面上的任意一层面进行90°旋转时，使旋转轴传感组件发生90°旋转，产生一次一层面90°位移传感信号，中央处理器记录该动作，每旋转一次，中央处理器就记录一次，并可以通过无线蓝牙模块将记录的信息实时传输至对应的APP中进行记录，当需要还原步骤时，通过APP发出相应的指令，中央处理器可重复记录的动作直到完成整个魔方的复原，实现智能复原，而且每步操作都可以记录在对应的APP中，提高魔方操作的趣味性。而且智能球轴实际装配时，只需将四个侧印刷电路板均嵌入安装在上固定安装座和下固定安装座之间，然后再将上印刷电路板和下印刷电路板分别固定在上固定安装座和下固定安装座上即可，通过电池传导片为上印刷电路板提供电源，各个印刷电路板之间通过连接插头之间实现电源及信号的互通，无需电线焊接，集成化程度高，成本低，安装简单，并且可以通过安装在下印刷电路板上的中央处理器处理各印刷电路板收集的信息，并做出相应的反馈。
优选的，所述旋转轴传感组件包括旋转轴、旋转轴套和刷片传感器，其中刷片传感器对应安装在上印刷电路板、下印刷电路板或者侧印刷电路板中心设置的刷片传感器安装槽内，旋转轴通过旋转轴套固定在对应的印刷电路板上且旋转轴的底端与刷片传感器连接。实际工作时，当旋转轴旋转时，刷片传感器跟随旋转轴旋转，然后将位移信号通过印刷电路板传递至中央处理器进行记录，以方便后续位置的复原。
优选的，所述中心块包括套接在旋转轴上的中心块座，所述中心块座内安装有弹簧座，弹力调节弹簧套接在旋转轴上且弹力调节弹簧的底端与中心块座相抵，弹力调节弹簧的顶端与弹簧座相抵，弹力档位调节块安装在弹簧座顶部，档位拨盘安装在弹力档位调节块的顶部，旋转轴纵向贯穿弹力调节弹簧、弹簧座、弹力档位调节块和档位拨盘的中心后与档位拨盘卡接，顶盖盖合在中心块座顶部。实际使用时，当需要对中心块的弹力进行调节时，只需揭开顶盖，然后拨动档位拨盘，通过档位拨盘和弹力档位调节块之间的配合调节弹簧座对弹力调节弹簧的压力大小，进而可以调节中心块座与旋转轴之间的压力，中心块座与旋转轴之间的压力越大，魔方转动时需要的用力就越大，相反，中心块座与旋转轴之间的压力越小，魔方转动时需要的用力就越小，可以根据操作者的实际需求进行不同档位的调节，以满足不同操作者的需求。
优选的，所述角块包括角块座，所述角块座的侧边上设置三个均匀分布的角块磁力仓，每个角块磁力仓内均安装有磁铁，所述角块座顶部由三块角块压盖扣合封闭。通过在角块座的侧边上设置三个均匀分布的角块磁力仓，并且在角块磁力仓内安装磁铁，可以与棱块侧面的磁铁形成配合，磁性吸力让魔方在90度状体被磁力吸附，定位更精准。
优选的，所述棱块包括棱块座，所述棱块座的侧边上设置两个均匀分布的棱块磁力仓，每个棱块磁力仓内均安装有磁铁，所述棱块座顶部由两块棱块压盖扣合封闭，安装在棱块磁力仓内的磁铁可以与安装在角块磁力仓内的磁铁形成磁力吸附，使得棱块与角块转动时位置移动更加精准。
优选的，所述球轴下盖包括呈半球形状设置的下盖本体，所述下盖本体的底部设置有底面旋转轴孔，下盖本体的顶面端边上设置有四个侧面旋转轴下半孔，下盖本体内设置有多个螺孔柱，实际装配时，旋转轴传感组件中的旋转轴可以贯穿底面旋转轴孔和四个侧面旋转轴下半孔，以完成对旋转轴的限位。
优选的，所述球轴上盖包括半球形状设置的上盖本体，所述上盖本体的顶部设置有顶面旋转轴孔，上盖本体的底面端边上设置有四个可与下盖本体上的侧面旋转轴下半孔相匹配的侧面旋转轴上半孔，所述上盖本体的外侧面上设置有螺孔槽，螺孔槽内设置有与下盖本体内设置的螺孔柱相匹配的壳体对接螺孔，球轴上盖和球轴下盖之间通过壳体对接螺孔与螺孔柱对接后再通过螺丝固定连接，以方便球轴上盖和球轴下盖之间的快速对接。
本发明提供的一种含有智能球轴的智能魔方的有益效果在于：
(1)本含有智能球轴的智能魔方结构简单，设计巧妙，智能化、集成化程度高，采用六面印刷电路板拼接成智能球轴的电控系统，并配合安装在每个印刷电路板上的旋转轴传感组件，可以使面位置传感更准确，降低丢步率，而且无需电线焊接，集成化程度高，成本低，安装简单。智能球轴实际装配时，只需将四个侧印刷电路板均嵌入安装在上固定安装座和下固定安装座之间，然后再将上印刷电路板和下印刷电路板分别固定在上固定安装座和下固定安装座上即可，通过电池传导片为上印刷电路板提供电源，各个印刷电路板之间通过连接插头之间实现电源及信号的互通，无需电线焊接，集成化程度高，成本低，安装简单，并且可以通过安装在下印刷电路板上的中央处理器处理各印刷电路板收集的信息，并做出相应的反馈；
(2)本含有智能球轴的智能魔方智能化程度高，趣味性强，实际使用时，对魔方六个面上的任意一层面进行90°旋转时，使旋转轴传感组件发生90°旋转，产生一次一层面90°位移传感信号，中央处理器记录该动作，每旋转一次，中央处理器就记录一次，并可以通过无线蓝牙模块将记录的信息实时传输至对应的APP中进行记录，当需要还原步骤时，通过APP发出相应的指令，中央处理器可重复记录的动作直到完成整个魔方的复原，实现智能复原，而且每步操作都可以记录在对应的APP中，提高魔方操作的趣味性；
(3)本含有智能球轴的智能魔方弹力可调节，而且调节方便，实际使用时，当需要对中心块的弹力进行调节时，只需揭开顶盖，然后拨动档位拨盘，通过档位拨盘和弹力档位调节块之间的配合调节弹簧座对弹力调节弹簧的压力大小，进而可以调节中心块座与旋转轴之间的压力，中心块座与旋转轴之间的压力越大，魔方转动时需要的用力就越大，相反，中心块座与旋转轴之间的压力越小，魔方转动时需要的用力就越小，可以根据操作者的实际需求进行不同档位的调节，以满足不同操作者的需求。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的立体结构爆炸示意图Ⅰ。
图3为本发明的立体结构爆炸示意图Ⅱ。
图4为本发明中智能球轴与中心块的装配爆炸示意图。
图5为本发明中智能球轴的立体结构示意图。
图6为本发明中智能球轴的内部结构立体结构示意图。
图7为本发明中智能球轴的立体结构爆炸示意图Ⅰ。
图8为本发明中智能球轴的立体结构爆炸示意图Ⅱ。
图9为本发明中角块的立体结构示意图。
图10为本发明中角块的立体结构爆炸示意图。
图11为本发明中棱块的立体结构示意图。
图12为本发明中棱块的立体结构爆炸示意图。
图中：1、中心块；11、中心块座；12、弹力调节弹簧；13、弹簧座；14、弹力档位调节块；15、档位拨盘；16、顶盖；
2、角块；21、角块座；22、角块压盖；23、角块磁力仓；24、磁铁。
3、棱块；31、棱块座；32、棱块压盖；33、棱块磁力仓；
4、智能球轴；41、球轴下盖；4101、下盖本体；4102、底面旋转轴孔；4103、侧面旋转轴下半孔；4104、螺孔柱；42、球轴上盖；4201、上盖本体；4202、螺孔槽；4203、壳体对接螺孔；4204、顶面旋转轴孔；4205、侧面旋转轴上半孔；43、旋转轴传感组件；431、旋转轴；432、旋转轴套；433、刷片传感器；44、上固定安装座；45、下固定安装座；46、上印刷电路板；47、下印刷电路板；48、侧印刷电路板；49、连接插头；410、电池传导片；411、电池；412、中央处理器；413、无线蓝牙模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例：一种含有智能球轴的智能魔方。
参照图1至图12所示，一种含有智能球轴的智能魔方，包括：
一个智能球轴4，所述智能球轴4包括：呈半球形状设置的球轴下盖41和球轴上盖42，所述球轴下盖41和球轴上盖42可拼接成一个球体，其中，所述球轴下盖41包括呈半球形状设置的下盖本体4101，所述下盖本体4101的底部设置有底面旋转轴孔4102，下盖本体4101的顶面端边上设置有四个侧面旋转轴下半孔4103，下盖本体4101内设置有多个螺孔柱4104，实际装配时，旋转轴传感组件中的旋转轴431可以贯穿底面旋转轴孔4102和四个侧面旋转轴下半孔4103，以完成对旋转轴431的限位。所述球轴上盖42包括半球形状设置的上盖本体4201，所述上盖本体4201的顶部设置有顶面旋转轴孔4204，上盖本体4201的底面端边上设置有四个可与下盖本体4101上的侧面旋转轴下半孔4103相匹配的侧面旋转轴上半孔4205，所述上盖本体4201的外侧面上设置有螺孔槽4202，螺孔槽4202内设置有与下盖本体4101内设置的螺孔柱4104相匹配的壳体对接螺孔4203，球轴上盖42和球轴下盖41之间通过壳体对接螺孔4203与螺孔柱4104对接后再通过螺丝固定连接，以方便球轴上盖42和球轴下盖41之间的快速对接；
所述球轴下盖41和球轴上盖42内安装有上固定安装座44和下固定安装座45，前后左右四个侧印刷电路板48均嵌入安装在上固定安装座44和下固定安装座45之间，上印刷电路板46固定在上固定安装座44上，下印刷电路板47固定在下固定安装座45上，前后左右四个侧印刷电路板48均通过连接插头49分别与上印刷电路板46和下印刷电路板47之间电性连接，中央处理器412固定安装在下印刷电路板47上，电池411安装在上固定安装座44和下固定安装座45之间且通过电池传导片410与上印刷电路板46连接，无线蓝牙模块413安装在所述上印刷电路板46上，所述上印刷电路板46、下印刷电路板47和四个侧印刷电路板48上均安装有向外延伸至球轴下盖41或者球轴上盖42外侧的旋转轴传感组件43；
所述旋转轴传感组件43包括旋转轴431、旋转轴套432和刷片传感器433，其中刷片传感器433对应安装在上印刷电路板46、下印刷电路板47或者侧印刷电路板48中心设置的刷片传感器安装槽内，旋转轴431通过旋转轴套432固定在对应的印刷电路板上且旋转轴431的底端与刷片传感器433连接。实际工作时，当旋转轴431旋转时，刷片传感器433跟随旋转轴431旋转，然后将位移信号通过印刷电路板传递至中央处理器412进行记录，以方便后续位置的复原。
本智能球轴设计巧妙，智能化、集成化程度高，采用六片常用的印刷电路板拼接成智能球轴的电控系统，并配合安装在每个印刷电路板上的旋转轴传感组件43，可以使面位置传感更准确，降低丢步率，而且集成化程度高，加工工艺简单，成本低，安装也简单。实际装配时，只需将四个侧印刷电路板48均嵌入安装在上固定安装座44和下固定安装座45之间，然后再将上印刷电路板46和下印刷电路板47分别固定在上固定安装座44和下固定安装座45上即可，通过电池传导片410为上印刷电路板46提供电源，各个印刷电路板之间通过连接插头49之间实现电源及信号的互通，并且可以通过安装在下印刷电路板47上的中央处理器412处理各印刷电路板收集的信息，并做出相应的反馈。
六个分别对应安装在智能球轴4的旋转轴传感组件43上的中心块1，所述中心块1包括套接在旋转轴431上的中心块座11，所述中心块座11内安装有弹簧座13，弹力调节弹簧12套接在旋转轴431上且弹力调节弹簧12的底端与中心块座11相抵，弹力调节弹簧12的顶端与弹簧座13相抵，弹力档位调节块14安装在弹簧座13顶部，档位拨盘15安装在弹力档位调节块14的顶部，旋转轴431纵向贯穿弹力调节弹簧12、弹簧座13、弹力档位调节块14和档位拨盘15的中心后与档位拨盘15卡接，顶盖16盖合在中心块座11顶部。实际使用时，当需要对中心块1的弹力进行调节时，只需揭开顶盖16，然后拨动档位拨盘15，通过档位拨盘15和弹力档位调节块14之间的配合调节弹簧座13对弹力调节弹簧12的压力大小，进而可以调节中心块座11与旋转轴431之间的压力，中心块座11与旋转轴431之间的压力越大，魔方转动时需要的用力就越大，相反，中心块座11与旋转轴431之间的压力越小，魔方转动时需要的用力就越小，可以根据操作者的实际需求进行不同档位的调节，以满足不同操作者的需求。
八个与中心块1契合安装的角块2，所述角块2包括角块座21，所述角块座21的侧边上设置三个均匀分布的角块磁力仓23，每个角块磁力仓23内均安装有磁铁24，所述角块座21顶部由三块角块压盖22扣合封闭。通过在角块座21的侧边上设置三个均匀分布的角块磁力仓23，并且在角块磁力仓23内安装磁铁24，可以与棱块3侧面的磁铁形成配合，磁性吸力让魔方在90度状体被磁力吸附，定位更精准。
十二个与角块2和中心块1契合安装的棱块3，所述棱块3包括棱块座31，所述棱块座31的侧边上设置两个均匀分布的棱块磁力仓33，每个棱块磁力仓33内均安装有磁铁24，所述棱块座31顶部由两块棱块压盖32扣合封闭，安装在棱块磁力仓33内的磁铁24可以与安装在角块磁力仓23内的磁铁24形成磁力吸附，使得棱块3与角块2转动时位置移动更加精准。
本含有智能球轴的智能魔方结构简单，设计巧妙，智能化、集成化程度高，采用六面印刷电路板拼接成智能球轴的电控系统，并配合安装在每个印刷电路板上的旋转轴传感组件43，可以使面位置传感更准确，降低丢步率，而且无需电线焊接，集成化程度高，成本低，安装简单。智能球轴实际装配时，只需将四个侧印刷电路板48均嵌入安装在上固定安装座44和下固定安装座45之间，然后再将上印刷电路板46和下印刷电路板47分别固定在上固定安装座44和下固定安装座45上即可，通过电池传导片410为上印刷电路板46提供电源，各个印刷电路板之间通过连接插头49之间实现电源及信号的互通，并且可以通过安装在下印刷电路板47上的中央处理器412处理各印刷电路板收集的信息，并做出相应的反馈。
本含有智能球轴的智能魔方智能化程度高，趣味性强，实际使用时，对魔方六个面上的任意一层面进行90°旋转时，使旋转轴传感组件发生90°旋转，产生一次一层面90°位移传感信号，中央处理器412记录该动作，每旋转一次，中央处理器412就记录一次，并可以通过无线蓝牙模块413将记录的信息实时传输至对应的APP中进行记录，当需要还原步骤时，通过APP发出相应的指令，中央处理器412可重复记录的动作直到完成整个魔方的复原，实现智能复原，而且每步操作都可以记录在对应的APP中，提高魔方操作的趣味性。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种含有智能球轴的智能魔方，其特征在于包括：
一个智能球轴，所述智能球轴包括呈半球形状设置的球轴下盖和球轴上盖，所述球轴下盖和球轴上盖可拼接成一个球体，所述球轴下盖和球轴上盖内安装有上固定安装座和下固定安装座，前后左右四个侧印刷电路板均嵌入安装在上固定安装座和下固定安装座之间，上印刷电路板固定在上固定安装座上，下印刷电路板固定在下固定安装座上，前后左右四个侧印刷电路板均通过连接插头分别与上印刷电路板和下印刷电路板之间电性连接，中央处理器固定安装在下印刷电路板上，电池安装在上固定安装座和下固定安装座之间且通过电池传导片与上印刷电路板连接，无线蓝牙模块安装在所述上印刷电路板上，所述上印刷电路板、下印刷电路板和四个侧印刷电路板上均安装有向外延伸至球轴下盖或者球轴上盖外侧的旋转轴传感组件；
六个分别对应安装在智能球轴的旋转轴传感组件上的中心块；
八个与中心块契合安装的角块；以及
十二个与角块和中心块契合安装的棱块；
对魔方六个面上的任意一层面进行90°旋转时，使旋转轴传感组件发生90°旋转，产生一次一层面90°位移传感信号，中央处理器记录动作，每旋转一次，中央处理器就记录一次，并可以通过无线蓝牙模块将记录的信息实时传输至对应的APP中进行记录，当需要还原步骤时，通过APP发出相应的指令，中央处理器可重复记录的动作直到完成整个魔方的复原，实现智能复原，而且每步操作都可以记录在对应的APP中。
2.如权利要求1所述的含有智能球轴的智能魔方，其特征在于：所述旋转轴传感组件包括旋转轴、旋转轴套和刷片传感器，其中刷片传感器对应安装在上印刷电路板、下印刷电路板或者侧印刷电路板中心设置的刷片传感器安装槽内，旋转轴通过旋转轴套固定在对应的印刷电路板上且旋转轴的底端与刷片传感器连接。
3.如权利要求2所述的含有智能球轴的智能魔方，其特征在于：所述中心块包括套接在旋转轴上的中心块座，所述中心块座内安装有弹簧座，弹力调节弹簧套接在旋转轴上且弹力调节弹簧的底端与中心块座相抵，弹力调节弹簧的顶端与弹簧座相抵，弹力档位调节块安装在弹簧座顶部，档位拨盘安装在弹力档位调节块的顶部，旋转轴纵向贯穿弹力调节弹簧、弹簧座、弹力档位调节块和档位拨盘的中心后与档位拨盘卡接，顶盖盖合在中心块座顶部。
4.如权利要求3所述的含有智能球轴的智能魔方，其特征在于：所述角块包括角块座，所述角块座的侧边上设置三个均匀分布的角块磁力仓，每个角块磁力仓内均安装有磁铁，所述角块座顶部由三块角块压盖扣合封闭。
5.如权利要求4所述的含有智能球轴的智能魔方，其特征在于：所述棱块包括棱块座，所述棱块座的侧边上设置两个均匀分布的棱块磁力仓，每个棱块磁力仓内均安装有磁铁，所述棱块座顶部由两块棱块压盖扣合封闭。
6.如权利要求1所述的含有智能球轴的智能魔方，其特征在于：所述球轴下盖包括呈半球形状设置的下盖本体，所述下盖本体的底部设置有底面旋转轴孔，下盖本体的顶面端边上设置有四个侧面旋转轴下半孔，下盖本体内设置有多个螺孔柱。
7.如权利要求6所述的含有智能球轴的智能魔方，其特征在于：所述球轴上盖包括半球形状设置的上盖本体，所述上盖本体的顶部设置有顶面旋转轴孔，上盖本体的底面端边上设置有四个可与下盖本体上的侧面旋转轴下半孔相匹配的侧面旋转轴上半孔，所述上盖本体的外侧面上设置有螺孔槽，螺孔槽内设置有与下盖本体内设置的螺孔柱相匹配的壳体对接螺孔，球轴上盖和球轴下盖之间通过壳体对接螺孔与螺孔柱对接后再通过螺丝固定连接。
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