智能中轴和智能魔方的制作方法

本实用新型涉及智能魔方技术领域，特别是涉及一种智能中轴和智能魔方。

背景技术：

智能魔方是一种通过传感器实时感知魔方状态及旋转位置，并将实时状态和转动等信息处理、存储与发送到外部设备的一种新型电子魔方。然而，传统的智能魔方存在着中轴智能化低的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对魔方中轴智能程度低的问题，提供一种智能中轴和智能魔方，该智能中轴能够获知魔方层的转动信号，进而得到智能魔方的状态信号，智能化高。

一种智能中轴包括核心、传感器和主控模块，所述核心包括具有空腔的壳体；所述传感器安设于所述核心上，所述传感器包括定子和转子，所述定子固定于所述壳体，所述转子被配置为能与智能魔方的魔方层连接且同步转动，从而使得所述转子能够随所述魔方层相对于所述定子转动；所述主控模块安装于所述空腔内，所述主控模块与所述传感器电性连接，所述主控模块根据所述转子与所述定子之间的相对转动，获取所述魔方层的转动信号。

上述智能中轴中，定子固定于壳体，传感器和核心形成一个整体，集成化高，避免考虑定子与中心块或中间连接块之间复杂的装配关系。主控模块根据转子与定子之间的相对转动，获取魔方层的转动信号，进而根据各魔方层的转动信号能够得到智能魔方的状态信号。因此，该智能中轴智能化程度高，若装配上魔方块后，得到的智能魔方可实现联网在线的魔方比赛。

在其中一个实施例中，所述智能中轴还包括用于安装中心块或中间连接块的连杆，所述转子可转动地安装于所述壳体，所述连杆与所述转子固定连接。其中，连杆固定安装有中心块或中间连接块，从而连杆会随着魔方层的转动而同步转动，因此，当连杆和转子固定连接后，转子能够实现与魔方层同步转动。

在其中一个实施例中，所述传感器位于所述壳体内，所述壳体设有通孔，所述连杆穿过所述通孔后与所述转子连接。传感器整体位于壳体内，有利于传感器的保护，避免在魔方转动时传感器受到魔方块或其他结构件的碰撞或干扰。同时，传感器与核心形成一个更加紧密的整体，该智能中轴的集成程度更高，更容易与魔方块兼容及装配。

在其中一个实施例中，所述传感器还包括固定安装于所述壳体的第一安装块和可转动地安装于所述壳体的第二安装块，所述定子固定于所述第一安装块，所述转子固定于所述第二安装块，所述第一安装块和所述第二安装块之间形成一容纳腔。所述定子和所述转子位于所述容纳腔内，不仅有利于定子与转子之间良好的转动配合，而且容纳腔的设计能够避免壳体内部主控模块及其他部件对传感器的干扰，以准确地获取魔方层的转动信号。

在其中一个实施例中，所述传感器还包括可转动设于所述壳体上的连接壳，所述连接壳被配置为能与中心块或中间连接块固定连接，所述转子固定于所述连接壳。其中，中心块或中间连接块会随着魔方层同步转动，从而连接壳及转子实现与魔方层同步转动。

在其中一个实施例中，所述转子固定于所述连接壳的内侧，所述定子固定于所述壳体的外表面，所述连接壳罩设所述定子。如此，连接壳能够同时保护转子和定子，使得传感器整体相互独立，避免传感器受到环境或者其他部件的干扰，尤其是在内部空间狭小、部件多、使用时部件不断转动的魔方中。

在其中一个实施例中，所述连接壳的周缘设有旋转凸缘，所述壳体的外表面设有凸块，所述凸块开设有与所述旋转凸缘配合的滑槽。如此，连接壳及转子在转动过程中，滑槽能对连接壳起到限位作用，能够保证连接壳及转子平稳地转动。

在其中一个实施例中，所述主控模块包括处理单元、控制单元和通信单元，所述处理单元用于将所述魔方层的转动信号转换成所述智能魔方的状态信号，所述控制单元分别与所述处理单元和所述通信单元电性连接，所述通信单元用于所述控制单元与外设设备进行数据传输。

在其中一个实施例中，所述定子包括公共信号圈和与所述公共信号圈同轴且绝缘的角度信号圈，所述转子为导电件，所述导电件包括第一触电脚和第二触电脚，所述第一触电脚用于与所述公共信号圈接触，所述第二触电脚用于在所述魔方层转动时与所述角度信号圈的不同位置接触。

一种智能魔方，包括多个魔方块和上述智能中轴，所述多个魔方块安装于所述智能中轴，所述多个魔方块拼接若干魔方层，所述转子与所述魔方层连接。

该智能魔方能够借助主控模块获取智能魔方的状态信号，实现智能化，可实现联网在线的魔方比赛。

在其中一个实施例中，所述智能魔方为二阶魔方、三阶魔方或高阶魔方。

一种智能魔方，包括多个魔方块和上述智能中轴，所述多个魔方块安装于所述智能中轴，所述多个魔方块拼接若干魔方层，所述转子与所述魔方层连接，所述智能魔方还包括弹性件，所述智能中轴还包括若干连杆，若干所述连杆间隔分布于所述核心上，所述连杆为调节螺杆；其中，所述调节螺杆连接有所述魔方块的中心块，所述弹性件一端抵触所述调节螺杆的头部，另一端抵触所述中心块。通过旋转调节螺杆，能够调节弹性件的压缩量，实现调节智能魔方的松紧程度；或者，所述调节螺杆连接有中间连接块，所述弹性件一端抵触所述调节螺杆的头部，另一端抵触所述中间连接块。通过旋转调节螺杆，能够调节弹性件的压缩量，实现调节智能魔方的松紧程度。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中所述智能中轴的剖视图；

图2为本实用新型另一实施例中所述智能中轴的结构示意图；

图3为图2的剖视图；

图4为本实用新型中所述智能魔方为二阶魔方时的外部结构图；

图5为图4中所述智能魔方的内部结构示意图；

图6为图4中所述智能魔方内传感器的安装示意图；

图7为图4中所述智能魔方的内部结构图；

图8为图7的分解视图；

图9为图7中去掉3个角块后的结构示意图；

图10为本实用新型中所述智能魔方为三阶魔方时的内部结构示意图。

101、空腔，110、壳体，111、轴套，112、凸块，113、滑槽，114、螺纹孔，115、弧形壳体，116、插盒，117、插槽，120、连杆，121、弹性件，200、魔方块，210、中心块，211、卡槽，220、棱块，230、角块，300、传感器，310、定子，311、公共信号圈，312、角度信号圈，320、转子，321、第一触电脚，322、第二触电脚，330、第一安装块，340、第二安装块，350、容纳腔，360、连接壳，361、旋转凸缘，362、第二连接套，410、主控模块，420、电源模块，430、蜂鸣器，510、中间连接块，511、第一连接套，520、滑块，530、安装底座，531、螺丝。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。本实用新型中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

实施例一

如图1所示，一种智能中轴包括核心、传感器300和主控模块410。核心包括具有空腔101的壳体110。传感器300安设在核心上，传感器300包括定子310和转子320，定子310固定于壳体110。在智能中轴应用于智能魔方时，智能魔方的魔方层相对于壳体110转动，转子320则配置为能够与智能魔方的魔方层连接且同步转动，从而使得转子320能够随魔方层相对于定子310转动。主控模块410安装于空腔101内，主控模块410与传感器300电性连接，主控模块410根据转子320与定子310之间的相对转动，获取魔方层的转动信号。

上述智能中轴中，传感器300和核心形成一个整体，集成化高，避免考虑定子310与中心块210或中间连接块510之间复杂的装配关系。智能中轴能够作为独立模块存在，方便智能魔方装配，大大简化了智能魔方的组装过程。并且，传感器300主要安装于壳体110，传感器对魔方块(如中心块、角块和棱块)的尺寸要求较小，使得魔方块可以根据实际需要设计其尺寸和规格，智能魔方的设计空间冗余度较大，提高容错性能，有效地提升用户手感。当应用于智能魔方时，主控模块410根据转子320与定子310之间的相对转动，获取魔方层的转动信号，进而根据各魔方层的转动信号得到智能魔方的状态信号。因此，该智能中轴在应用时，智能化高，能够实现用户联网在线比赛。

需要说明，魔方块200包括中心块210、棱块220和角块230中的一种或多种。比如，可结合图10，三阶魔方具有中心块210、棱块220和角块230。当然，有些魔方不一定具有中心块210和棱块220，比如二阶魔方(可参阅图7)。转子320可直接或间接地与智能魔方的魔方层实现同步转动，比如，如图1所示，核心上间隔设置有若干连杆120，连杆120与魔方层同步转动，而转子320与连杆120固定连接，实现转子320与魔方层同步转动。再比如，转子320通过连接壳360与中间连接块510(如图6所示)或中心块210(如图10所示)固定连接，实现转子320与魔方层同步转动。

此外，传感器300通过线缆与壳体110内的主控模块410电性连接时，由于传感器300直接安装于壳体110上，靠近壳体110内的主控模块410，不需要从连杆120的内部走线，便于布线，且连杆120不一定为管状轴，连杆120可选为方便制造加工的实心杆。其中，定子310可选择固定在壳体110的侧壁上(如图1所示)、壳体110的内部(如图3所示)、或者固定在壳体110的外表面(如图10所示)。

在本实施例中，主控模块410包括处理单元、控制单元和通信单元，处理单元用于将魔方层的转动信号转换成智能魔方的状态信号。具体地，根据各个魔方层的转动信号，可以得到各个魔方层转动前后的状态，进而可以得到整个智能魔方的状态信号。控制单元分别与处理单元和通信单元电性连接，通信单元用于控制单元与外设设备进行数据传输，从而实现联网交流、联网教学、联网训练或联网竞技，具体可以实现虚拟魔方的实时同步控制、电子盲拧、计时、复原步骤重现、最短还原路线提示、统计功能。可以理解，在其他实施例中，主控模块410可以借助于外设的处理装置实现将魔方层的转动信号转换成智能魔方的状态信号，外设的处理装置再把智能魔方的状态信号回传给主控模块410，从而减少主控模块410的体积，减少主控模块410对空腔101的占用空间。

具体地，结合图1，空腔101内还安装有与主控模块410电性连接的电源模块420和蜂鸣器430。电源模块420用于为主控模块410提供电源。蜂鸣器430能够增加魔方与玩家之间的互动，比如发出报警声、提示声或启动声。

在本实施例中，转子320与定子310可转动连接。可结合图6至图8，定子310包括公共信号圈311和与公共信号圈311同轴且绝缘的角度信号圈312，转子320为导电件，导电件包括第一触电脚321和第二触电脚322，第一触电脚321用于与公共信号圈311接触，第二触电脚322用于在魔方层转动时与角度信号圈312的不同位置接触，从而获取魔方层的转动信号。当魔方层发生转动时，第一触电脚321始终与公共信号圈311压合且保持相对滑动接触。第二触电脚322始终与角度信号圈312压合且保持相对滑动接触。转子320将随魔方层一起转动，转子320上导电件的位置发生变化，使得传感器300的公共信号圈311和角度信号圈312之间的连接关系发生变化，从而可生成不同的信号，实现主控模块410感知魔方层的转动信号。

可以理解，传感器300通过转子320与定子310之间的相对转动以获取魔方层的转动信号的方式很多。在其他实施例中，传感器300可为电阻式电位计、微型编码器、光电传感结构或电磁传感结构。比如，转子为多个磁铁，各个磁铁的磁场强度互不相同，定子为霍尔感应器，则魔方层转动时，霍尔感应器经过不同磁铁时，产生不同的电压，根据电压的不同，获取魔方层的转动信号。再比如，转子为光源和安装在光源下方的挡板，挡板设有一缺口，定子为多个光线接收器，当挡板随着魔方层转动时，缺口转动至对准不同的光线接收器，则光线接收器能接收光源的光线，获取魔方层的转动信号。

实施例二

实施例二阐述了转子320通过连杆120实现与魔方层同步转动的具体方案。

如图2和图3所示，智能中轴还包括连杆120。转子320可转动地安装于壳体110，连杆120与转子320固定连接。其中，连杆120用于固定安装有中心块或中间连接块，从而连杆120会随着魔方层的转动而同步转动，因此，连杆120和转子320固定连接后，转子320能够实现与魔方层同步转动。

具体地，结合图3，传感器300位于壳体110内，壳体110设有通孔，连杆120穿过通孔后与转子320连接。传感器300整体位于壳体110内，有利于传感器300的保护，避免在魔方转动时传感器300受到魔方块200或其他结构件的碰撞或干扰。同时，传感器300与核心形成一个更加紧密的整体，该智能中轴的集成程度更高，更容易与魔方块200兼容及装配。

进一步地，结合图3，壳体110的通孔内可安装有轴套111，轴套111位于连杆120和壳体110的侧壁之间。轴套111能够紧配该通孔，使得连杆120能够稳定地转动。其中，连杆120为金属杆，轴套111为金属轴套。由于金属件的加工精度很高，且可控，则金属轴套与金属杆之间的摩擦力可控且稳定，能保证各个金属杆受到的摩擦力均一致，有利于提高玩家的手感。

具体地，结合图3，传感器300还包括固定安装于壳体110的第一安装块330和可转动地安装于壳体110的第二安装块340，定子310固定于第一安装块330，转子320固定于第二安装块340，第一安装块330和第二安装块340之间形成一容纳腔350。定子310和转子320位于容纳腔350内，不仅有利于定子310与转子320之间良好的转动配合，而且容纳腔350的设计能够避免壳体110内部主控模块410及其他部件对传感器300的干扰，以准确地获取魔方层的转动信号。

具体地，壳体110可包括相互连接的上壳和下壳。上壳和下壳之间可选择通过螺钉实现可拆卸连接。

实施例三

实施例三阐述了转子320通过连接壳360与中心块210或中间连接块510连接，来实现与魔方层同步转动的具体方案。

传感器300还包括连接壳360。连接壳360可转动安设于壳体110，且用于与中心块210(参见图10)或中间连接块510(参阅图4至图8)固定连接。参见图10，中心块210的底部设有卡槽211，连接壳360卡入该卡槽内，实现与中心块210固定连接。转子320固定于连接壳360。其中，中心块210或中间连接块510会随着魔方层同步转动，从而连接壳360及转子320实现与魔方层同步转动。

具体地，结合图6和图7，转子320固定于连接壳360的内侧，定子310固定于壳体110的外表面，连接壳360罩设定子310。如此，连接壳360能够同时保护转子320和定子310，避免传感器300受到环境或者其他部件的干扰，尤其是在内部空间狭小、部件多、使用时部件不断转动的智能魔方中，有利提高传感器300检测的准确性和稳定性。

同时，请一并参阅图5，传感器300位于轴心和中间连接块510之间，而不是设置在中间连接块510内部或者轴心内部，从而传感器300整体能够保持相对独立，无需过多地考虑与中间连接块510内部的结构件、或者与轴心内部的结构件之间的装配关系，实现传感器300模块化装配，相对独立、兼容性好。

具体地，参阅图7和图8，连接壳360的周缘设有旋转凸缘361，壳体110的外表面设有凸块112，凸块112开设有与旋转凸缘361配合的滑槽113，从而实现连接壳360可转动设于壳体110。连接壳360及转子320在转动过程中，滑槽113能对连接壳360起到限位作用，能够保证连接壳360及转子320平稳地转动。

进一步地，参阅图7和图8，中间连接块510设有可转动地套接于连杆120的第一连接套511。需要说明的是，与实施例二(连杆随魔方层同步转动)相比，实施例三中的连杆120是固定在壳体110或定子310上，不能转动。转子320安装于连接壳360的内侧。连接壳360设有朝第一连接套511延伸的第二连接套362，第二连接套362套接第一连接套511，提高连接壳360与中间连接块510之间连接的稳定性。相比粘接或螺纹连接，连接壳360选用套接实现与中间连接块510同步转动，方便连接壳360与中间连接块510之间快速装配。可以理解，该第一连接套511的外轮廓可以是椭圆形、多边形或不规则形状，则第二连接套362套设到第一连接套511后，能够实现连接壳360与中间连接块510同步转动，不会发生相对旋转。

实施例四

可结合图4和图10，一种智能魔方，包括多个魔方块200和上述任意一种智能中轴，多个魔方块200安装于智能中轴，多个魔方块200形成若干魔方层，转子320与魔方层连接。该智能魔方能够借助主控模块410获取智能魔方的转动信号及状态信号，实现智能化，可实现联网在线的魔方比赛。

具体地，智能魔方还包括弹性件121。弹性件121可选为弹簧或弹性垫。智能中轴还包括若干连杆120，若干连杆120间隔分布于核心上，连杆120为调节螺杆。其中，壳体110设有用于安装调节螺杆的螺纹孔114。

在其中一个实施例中，结合图10，调节螺杆与魔方块200的中心块210连接。弹性件121一端抵触调节螺杆的头部，另一端抵触中心块210。通过旋转调节螺杆，能够调节弹性件121的压缩量，实现调节智能魔方的松紧程度。

在另一个实施例中，结合图6，调节螺杆与中间连接块510连接。弹性件121一端抵触调节螺杆的头部，另一端抵触中间连接块510。通过旋转调节螺杆，能够调节弹性件121的压缩量，实现调节智能魔方的松紧程度。

其中，智能魔方为二阶魔方(如图4至图8所示)、三阶魔方(如图10所示)或高阶魔方。其中，三阶魔方包括了三阶金字塔魔方，高阶魔方包括了高阶金字塔魔方。

同时，如图4至图8所示，二阶魔方包括一个中间连接块510、八个角块230、九个滑块520和七个安装底座530。三个中间连接块510分别对应地安装在三个连杆120上，滑块520卡设在中间连接块510的四侧，即一个中间连接块510与四个滑块520相邻，安装底座530卡设在滑块520之间。轴心设有弧形壳片115。弧形壳片115、三个中间连接块510、九个滑块520和七个安装底座530共同构成一球状表面。其中，八个角块230包括七个移动块和一个固定块。移动块一一对应地安装在安装底座530上。比如，安装底座530设有用于连接移动块的螺丝531。固定块固定设置在弧形壳片115上。比如，固定块可以是粘接于弧形壳片115，或者，固定块与弧形壳片115一体成型。移动块可以在该球状表面上滑动。当玩家转动移动块时，移动块带动安装底座530，然后安装底座530推动滑块520和中间连接块510绕着相邻连杆120的轴线旋转。

传统的二阶魔方包括了六个中间连接块510、十二个滑块520和八个安装底座530。六个中心块210、十二个滑块520和八个安装底座530共同构成该球状表面。而本实施例中，三个中间连接块510、九个滑块520、七个安装底座530和弧形壳片115共同构成该球状表面，从而得知该弧形壳片115的外表面占据了原来三个中间连接块510、三个滑块520和一个安装底座530的位置，即轴心的弧形壳片115的外表面占据了三个中间连接块510、三个滑块520和一个安装底座530的面积。如此，连杆120、中间连接块510、滑块520和安装底座530的数量减少，能够减少其对智能魔方内部空间的占用，相应地，节省出来的空间用来提升轴心的尺寸。大尺寸的轴心一方面能够方便加工及装配，另一方面能提高其他结构件与轴心之间连接的稳定性，从而提高智能魔方使用的稳定性。比如，轴心的尺寸增大后，则移动块与轴心的接触面积可以增大，连接更稳定，在智能魔方使用过程中，移动块不容易甩飞。再比如，轴心尺寸的增大，其内部能够容纳更大尺寸的主控模块410或安装更多零部件——如更大尺寸更大容量的电源、地磁感应器、陀螺仪、振动感应器和减震电机中的一种或两种以上，使得智能魔方能够实现更多功能，更加智能。

进一步地，参见图9，该智能魔方还包括用于安装电源的插盒116，弧形壳片115上设有与该插盒116相配合的插槽117。如此，插盒116可拆卸地安装到轴心上，便于后续电源的更换。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。