一种可与移动通信设备双向实时同步运动姿态及状态的智能魔方系统技术方案

本发明专利技术公开了一种与移动通信设备双向实时同步运动姿态及状态的智能魔方系统，内置运动传感器和无线通信模块，通过无线通信技术，获取魔方整体姿态数据以及六个面的转动数据，实现智能魔方整体姿态及状态实时在手机app上的同步；并在每个块中设置全彩LED，手机app控制智能魔方每一面每一色块内的全彩LED来改变智能魔方整体的显色状态，从而实现魔方玩家在线竞技、练习，提供打乱公式、计时、成绩统计、操作视频回看、远程在线指导及分享的功能。

An intelligent magic cube system which can synchronize motion and state in two direction and synchronism with mobile communication equipment

The invention discloses an intelligent cube system and mobile communication equipment for two-way real-time synchronous motion and state, built-in motion sensor and wireless communication module, the wireless communication technology, obtain the overall attitude data and six cube rotation of the plane of data, intelligent and real-time in the whole cube pose on the mobile phone app and full synchronization; LED is set in each block, mobile phone app intelligent control on each side of each color cube in full color LED to change the color of the whole intelligent cube, so as to realize the online game player cube athletics, practice, function for disrupting formula, timing, performance statistics, video look back, remote online guidance and sharing.

【技术实现步骤摘要】
一种可与移动通信设备双向实时同步运动姿态及状态的智能魔方系统
本专利技术涉及传感器技术、无线通信、图像识别、魔方运动规律及手法技巧等领域，具体地说，本专利技术涉及一种可与移动通信设备双向实时同步运动姿态及状态的智能魔方系统。
技术介绍
随着魔方的专利技术和相关比赛活动在世界范围内的普及，魔方已经成为了一项流行的竞技运动。对于已经熟练掌握魔方还原方法、参与比赛的魔方玩家来说，他们需要跟更多高手竞技交流，来提高自己的技术水平。对于还没有掌握魔方还原方法的人群，他们需要一个能够更容易学习魔方还原方法的工具、交流平台及教学平台。魔方虽然只是由六个中心块，八个角块和十二个棱块组成，初始状态下，魔方每一面的九格色块是同一种颜色，整个魔方六个面是六种颜色，但是通过转动，将色块打乱，魔方能够产生43,252,003,274,489,856,000种变化。还原魔方，特别是快速还原魔方，需要记忆大量魔方公式，每个公式对应解决指定形态，且其中单个形态出现的概率低。如手动复现指定形态，需操作人对魔方的运动规律有深入理解，门槛极高，从而导致大部分魔方爱好者无法高效率的学习和记忆魔方公式。传统魔方对于新手来说上手难度大，趣味性也随之降低。对于已经能够熟练还原魔方的玩家，利用传统魔方竞技交流，对场地、环境及专用设备的要求过高，并且目前还没有一个专用的平台可供魔方玩家进行远程交流、竞技和教学。已有用传感器检测魔方状态的研究，和用LED指示玩家还原步骤或作为色块显色单元的方案。但现存方案存在如下缺陷或问题：1.现有技术方案中，魔方转动状态可与电脑或手机同步，但无法确保高速转动状态下的实时性(包括魔方六面及整体的转动)。在魔方竞技和教学中，误差和不同步都会极大地影响结果和使用体验。与此同时，设备用途的可扩展性也受到限制。2.现有的智能魔方都是通过魔方当前状态由机器计算出最短路径并指导人进行还原，这种方法不适合人手操作，无规律可循，不具有普适性，于是无法作为一种可学习的技能被人类掌握。基于现存技术方案，脱离电脑的计算，人类不仅无法独立进行魔方还原，也在一定程度上降低了还原魔方的趣味性。3.魔方整体转动的姿态模拟需要用到运动传感器数据，现有解决方案大都只使用一个运动传感器进行姿态模拟，由于运动传感器本身存在随机测量误差，长时间使用一个传感器模拟姿态误差会持续累计变大，无法做到魔方状态的实时同步。4.魔方色块的LED显色需符合魔方运动规律，如6种颜色，每种颜色对应9个色面，任意组合，仅有1/12的概率正确，即11/12的概率，该配色方案的魔方不存在还原的可能性。因此LED显色的同时，符合魔方的运动规律至关重要。5.LED显色替代传统魔方贴纸颜色(部分采用塑料原色)的方案，可以快速设定魔方状态，但同样的亮度设定无法满足复杂多变的环境亮度中，用户的使用需求。在高亮度的环境汇中，智能魔方需要高亮度显示，利于快速辨认色块状态；低亮度环境中，智能魔方需要低亮度显示，利于节能、护眼。由于环境亮度处在持续变化中，设定单一亮度或手动设定亮度，流程繁琐，体验欠佳。6.魔方顺滑与否取决于魔方内部中心结构的设计，现存智能魔方方案由于改变了魔方原有的中心结构，或有部分采用接触式供电通讯方案，导致破擦力增大，造成魔方转动的速度和手感大幅下降，脱离了魔方的应用本质，不具备实际应用价值。7.现有手机app与魔方转动同步方案中都没有涉及魔方整体姿态的转动，而人类在还原魔方时需要不断地对魔方进行整体转动以达到方便使用魔方还原公式的目的，并且魔方如果整体姿态发生转动，魔方公式表示也会随之改变，如果魔方状态同步中不解决整体转动同步，将无法实现真正适合人类掌握的魔方还原教学及魔方技术交流。
技术实现思路
本专利技术提出了一种一种与移动通信设备双向实时同步运动姿态及状态的智能魔方系统，解决了现有技术中无法确保高速转动状态下魔方与手机同步的实时性的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种与移动通信设备双向实时同步运动姿态及状态的智能魔方系统，包括一个中心轴、六个中心块、八个角块、十二个棱块，其特征在于，六个中心块均内置运动传感器和无线通信模块，通过无线通信技术，将六个面的转动数据传输至手机端，手机端通过六个运动传感器的数据，最终融合成为魔方整体姿态数据，基于魔方整体姿态数据以及六个面的转动数据，实现智能魔方整体姿态及状态实时在手机app上的同步。其中，转动数据包括方向和角度数据。作为本专利技术的一种优选技术方案，中心块有一个为主中心块，内置智能魔方系统的主控芯片、运动传感器和无线通信模块；其他五个中心块为从中心块，内置运动传感器和无线通信模块，所述从中心块的转动数据，通过无线通信模块传送到主中心块的主控芯片中，最终通过主中心块的无线通信模块发送给手机端。作为本专利技术的一种优选技术方案，所有的中心块、棱块、角块均包含无线通信模块，每个中心块包含一个色块，每个棱块包含两个色块，每个角块包含三个色块，每个色块由一个全彩LED进行显示；手机app可通过无线通信技术，控制智能魔方每一面每一色块内的全彩LED来改变智能魔方整体的显色状态，从而替代通过转动魔方来实现复现特殊形态或打乱魔方的方式。作为本专利技术的一种优选技术方案，智能魔方可通过无线通信技术，接收智能手机光传感器获取的环境亮度数据，根据用户所处环境亮度，自动调节智能魔方色块的LED显色亮度。作为本专利技术的一种优选技术方案，其中手机app可根据智能魔方的实时运动姿态及状态，给出适合人手操作的最优还原公式，并通过机器学习不断扩充公式库，研发新的适合人手操作的全量变化最优解。作为本专利技术的一种优选技术方案，每一个块均由单独的聚合物锂电池供电，并且由无线充电线圈和充电管理电路进行充电。作为本专利技术的一种优选技术方案，采用公式符号记录智能魔方运动状态，并将所述公式符号实时在手机app同步显示，将所述公式符号进行切割、整理和归类；或者通过app显示魔方公式符号，用户根据所示魔方公式符号，转动智能魔方，app自动判断其转动是否与所示魔方公式符号对应一致。作为本专利技术的一种优选技术方案，传感器包括传感器一、传感器二、传感器三、传感器四、传感器五、传感器六，其中传感器二、四的Z轴数据可以融合成为魔方整体姿态的X轴数据，传感器一、三的Z轴数据可以融合成为魔方整体姿态的Y轴数据，传感器五、六的Z轴数据可以融合成为魔方整体姿态的Z轴数据，从而获得魔方整体姿态坐标系的三轴数据。作为本专利技术的一种优选技术方案，手机app可实现魔方玩家在线竞技，从而实现魔方玩家在线竞技、练习，提供打乱公式、计时、成绩统计、操作视频回看、远程在线指导及分享的功能。本专利技术所达到的有益效果是：1.通过动态实时处理运动数据机制，结合姿态解算算法和魔方运动规律，可实时在手机app上显示当前智能魔方的运动姿态及状态，即两端同步转动(包括智能魔方六面及整体的转动)，使得人们可以通过智能魔方进行远程教学、竞技以及技术交流。2.本方案在六个中心块中各设有一个运动传感器，通过六个传感器的数据融合与互补，可以避免误差累积，提升姿态精度。由于每个传感器本身的误差为随机误差，大小和方向都不确定，所以使用六个传感器通过多路数据融合和互补算法获取魔方整体姿态，可以最大限度保证魔方整体姿态模拟的准确性和实时性。3.使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与移动通信设备双向实时同步运动姿态及状态的智能魔方系统，包括一个中心轴、六个中心块、八个角块、十二个棱块，其特征在于，六个中心块均内置运动传感器和无线通信模块，通过无线通信技术，将运动传感器获取的六个面的转动数据传输至手机端，其中所述转动数据包括方向、角度及立体数据，手机端通过六个运动传感器的数据，最终融合成为魔方整体姿态数据，基于魔方整体姿态数据以及六个面的转动数据，实现智能魔方整体姿态及状态实时在手机app上的同步。

【技术特征摘要】
1.一种与移动通信设备双向实时同步运动姿态及状态的智能魔方系统，包括一个中心轴、六个中心块、八个角块、十二个棱块，其特征在于，六个中心块均内置运动传感器和无线通信模块，通过无线通信技术，将运动传感器获取的六个面的转动数据传输至手机端，其中所述转动数据包括方向、角度及立体数据，手机端通过六个运动传感器的数据，最终融合成为魔方整体姿态数据，基于魔方整体姿态数据以及六个面的转动数据，实现智能魔方整体姿态及状态实时在手机app上的同步。2.如权利要求1所述的智能魔方系统，其特征在于：中心块有一个为主中心块，内置智能魔方系统的主控芯片、运动传感器和无线通信模块；其他五个中心块为从中心块，内置运动传感器和无线通信模块，所述从中心块的转动数据，通过无线通信模块传送到主中心块的主控芯片中，最终通过主中心块的无线通信模块发送给手机端。3.如权利要求1所述的智能魔方系统，其特征在于：所有的中心块、棱块、角块均包含无线通信模块，每个中心块包含一个色块，每个棱块包含两个色块，每个角块包含三个色块，每个色块由一个全彩LED进行显示；手机app可通过无线通信技术，控制智能魔方每一面每一色块内的全彩LED来改变智能魔方整体的显色状态，从而替代通过转动魔方来实现复现特殊形态或打乱魔方的方式。4.如权利要求3所述的智能魔方系统，其特征在于：智能魔方可通过无线通信技术，接收智能手机光传感器获取的环境亮度数据，根据用户所处环境亮度，自动调节智能魔方色块的LED显色亮度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾立平，李东辉，
申请(专利权)人：北京一点芯动科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11