[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术、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，本发明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。

背景技术

随着魔方的发明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。

发明内容

本发明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，本发明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。