使用嵌入式图像传感器和非接触式绝对位置编码器跟踪三维拼图部件制造技术

本文公开了实施图像传感器以读取各个壳段的标志从而确定壳段图案的三维拼图的实施例。还公开了实施与梯度色图相邻的RGB传感器以提供非接触式绝对位置编码器的系统的实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用嵌入式图像传感器和非接触式绝对位置编码器跟踪三维拼图部件相关申请此申请根据35U.S.C.§119(e)要求在2017年11月9日提交的美国临时申请号62/583,553的权益，该申请的全部内容通过引用并入。
技术介绍
适用于各个年龄段的人们的各种类型的拼图体现了具有广泛的形状、大小和复杂性的选择。三维拼图的一种流行的非限制性示例称为“鲁比克魔方(Rubik’sCube)”(最初称为“魔方(MagicCube)”)，以下简称为“魔方(cube)”，在图1中示为魔方30。魔方30具有六个面32(在图1中可见三个面)，每个面32具有九个面段34的三乘三阵列(为清楚起见未全部标志)。魔方30的外表面由看起来是二十六(26)个较小的部件立方体的聚合体形成，以下称为“立方体”36、38、40。立方体36、38、40不是真正的魔方，而是从魔方30的外侧出现，因为它们在魔方30的外表面上的面段34类似于真实的魔方在魔方30的外表面上具有的面，如果它们是制造魔方30的部件的话。即，在面32的中心位置处的六个中心立方体36各自具有一个面段34，在面32的边缘处而不在面32的顶点(角部)处的十二个中心边缘立方体38各自具有两个面段34，并且在魔方30的顶点处的八个顶点立方体40各自具有三个面段34。每个立方体36、38、40相对于相邻的立方体36、38、40自由旋转。在魔方30内为内芯部，作为非限制性示例，该内芯部可以体现为图2A中的魔方44的芯部42或图2B中的魔方48的芯部46。在图2A的实施例中，芯部42类似于在空间中的一点，六个柱50从该点向外延伸。在图2B的实施例中，芯部46呈球形，其上安装有柱52。在两个示例中，每个柱50或52在魔方44、48的不同面上接触六个中心立方体54、56中的一者。柱50、52相对于芯部42、46或相对于它们接触的中心立方体54、56自由旋转，从而使魔方44、48的每个面能够相对于芯部42、46绕与其接触的柱50、52的轴线旋转。这些魔方44、48的柱50、52约束中心立方体54、56沿着柱50、52轴向移动和远离芯部42、46。中心边缘立方体和顶点立方体(在图2A和图2B中未示出)不接触柱50、52。然而，由于其基部的精致的形状，它们没有与魔方44、48分离。这些基部使立方体能够相对于彼此滑动，并在完成90度旋转后返回以形成魔方形状(如下所述)。基部还约束中心立方体54、56沿柱50、52朝向芯部42、46轴向移动并远离芯部42、46。基部构造的复杂细节是已知的，因此超出了本公开的范围。在单个面32内，每个面段34相对于其他面段自由移动。如图1所示，两个相邻的面32共享公共边缘58，并且与相邻面32的面段34共享边缘的面段34被约束为不相对于相邻面32的面段34移动。如上所述，对于每个顶点面段34，存在三个面段34，其中每个面段34与其他两个面段34相邻，共享公共顶点60，并且与该公共顶点60相邻的三个面段34被约束为不相对于彼此移动。还如上所述，对于每个非顶点边缘面段34，在相邻面32上还有另一个非顶点边缘面段34，并且两个非顶点边缘面段34被约束为不相对于彼此移动。因此，每个面32具有中心面段34、四个顶点面段34和四个非顶点边缘面段34。参考图3中的魔方62，可通过相对于魔方62的其余部分将一个面66上的边缘面段64旋转90度来将其重新定位到相邻面68。旋转轴线70平行于旋转之前包含边缘面段64的面66和旋转之后包含边缘面段64的面68。该旋转相对于魔方62的其余部分重新定位了九个立方体72。因此，旋转面段由一个面74上的旋转面段加上与该一个面74共享边缘的相邻面的边缘面段组成。图1和图3的魔方30和62通常被称为“3x3魔方”，因为它们在每个面上都有3x3的立方体阵列。但是，这种性质的三维拼图不限于3x3魔方。魔方在一个面上可以具有不同数量的立方体，两个示例为2x2和4x4魔方。三维拼图的壳也不限于立方体形式，壳段也不限于立方体。两个示例为具有球形或金字塔形壳的三维拼图。因此，本文公开的本专利技术的特征不限于在3x3魔方上的实施方式。关于诸如图1和图3的那些魔方，面段可以具有六种颜色中的一种，诸如白色、红色、蓝色、橙色、绿色和黄色。玩具有魔方30、62的游戏的一种典型方式是要重新布置魔方30、62的立方体，使得每个面具有仅一种颜色的面段。可以类似地构造和玩其他形状和壳段数的三维拼图。另外，以下讨论的现有技术或专利技术构思的应用均不限于以颜色区分的面段。取而代之，作为非限制性示例，面段可以通过在其上显示不同的数字、形状、图案和符号而有所不同。初学者和高级玩家都需要提供指导，以帮助他们提高解决拼图的熟练程度。对于初学者而言，相应地排列所有面段既复杂又具有挑战性，许多玩家通过各种文本和/或视频指南寻求帮助。这些指南介绍了许多玩家难以理解的解决方案算法，因此导致需要交互式反馈系统，以更轻松地将新用户引导至解决方案。更高级的玩家可以将快速解决这些拼图视为一种竞赛，有时也称为“魔方速拧”和“速解”。会有联赛和竞赛，在联赛和竞赛中使玩家努力尽快解决这些拼图。在通过引用整体并入本文的国际申请WO2018/138586中，本专利技术人描述了一种采用光学传感器来跟踪部件移动的，适用于新老玩家的交互式反馈和指导的系统。国际申请WO2018/138586还描述了如何使用位于壳段处的独特标志和壳内的标志传感器的精致组合来跟踪壳段图案。公开的标志传感器的类型包括RFID、NFC和光学传感器，并且讨论的一种光学传感器为RGB传感器。本专利技术人意识到可以使用其他类型的光学传感器来确定和跟踪壳段图案，因此，他们寻求RGB传感器的新颖且有创造性的替代方案来读取各个壳段的标志。本专利技术人还发现，可以将RGB传感器用于非接触位置监控的用途扩展到了三维拼图之外的用途。
技术实现思路
本专利技术的实施例实现图像传感器以读取各个壳段的标志以确定壳段图案。替代实施例实现RGB传感器以提供非接触式绝对位置编码器以用于确定三维拼图的壳段图案以外的用途。更具体地，本专利技术可以实施为具有壳、芯部、多个独特传感器和至少一个图像传感器的三维拼图。壳具有至少四个面，并且由多个壳段形成，每个壳段相对于相邻的壳段可自由移动。芯部在壳内，并且面相对于芯部绕从芯部朝向面延伸的轴线自由地旋转。多个独特标志位于壳段中。至少一个图像传感器在壳内并且查看独特标志以基于感测到的标志将数据提供给处理电路以确定壳段运动。本专利技术也可以实施为具有RGB传感器和梯度图的非接触式绝对位置编码器。RGB传感器固定在第一平台上，并具有视场。梯度色图位于RGB传感器的视场内，并固定在第二平台上。RGB传感器提供指示第一平台相对于第二平台的绝对位置的输出。下面参考附图对本专利技术的各实施例进行详细描述，对附图进行简要描述如下：附图说明下面在所附权利要求书中描述本专利技术，本专利技术根据包括以下附图的所附说明进行阅读，其中：图1显示了作为现有技术的三维拼图的一种类型的3×3魔方；图2A和图2B显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维拼图，包括：/n具有至少四个面并由多个壳段形成的壳，每个壳段相对于相邻壳段自由移动；/n所述壳内的芯部，所述面相对于所述芯部绕从所述芯部朝向所述面延伸的轴线自由旋转；/n位于所述壳段处的多个独特标志；以及/n至少一个图像传感器，其在所述壳内观看所述独特标志，以基于感测到的标志向处理电路提供数据以确定壳段运动。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171109 US 62/583,5531.一种三维拼图，包括：
具有至少四个面并由多个壳段形成的壳，每个壳段相对于相邻壳段自由移动；
所述壳内的芯部，所述面相对于所述芯部绕从所述芯部朝向所述面延伸的轴线自由旋转；
位于所述壳段处的多个独特标志；以及
至少一个图像传感器，其在所述壳内观看所述独特标志，以基于感测到的标志向处理电路提供数据以确定壳段运动。


2.根据权利要求1所述的三维结构，其中，所述图像传感器用于感测所述绝对壳段图案。


3.根据权利要求1所述的三维结构，其中，在壳段处的所述独特标志是所述壳段的部分的颜色的组合，所述壳段的部分是所述壳的所述面的部分。


4.根据权利要求1所述的三维拼图，进一步包括：
所述处理电路；
其中，所述处理电路位于所述壳内。


5.根据权利要求1所述的三维拼图，其中：
所述壳具有六个面，该六个面形成魔方；以及
所述壳段为六个中心立方体、八个顶点立方体和十二个中心边缘立方体，所述中心立方体各自位于所述壳的不同面上，并且各自通过接触从所述芯部沿其相应的面的旋转所述轴线延伸的单独柱来支撑。


6.根据权利要求1所述的三维拼图，进一步包括：
至少一个反射镜将所述独特标志的图像引向所述至少一个图像传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·多尔，A·多尔，
申请(专利权)人：帕提库拉公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL