一种无接触编码器方位传感智能魔方球轴及魔方的制作方法

1.本发明涉及魔方技术领域，具体涉及一种无接触编码器方位传感智能魔方球轴及使用该球轴的魔方。


背景技术：

2.魔方自问世以来，由于对人类具有很强的益智功能，所以一度风靡全球，魔方通俗易懂又千变万化灵活性强，要想把它玩好必须要求玩者能够集中心智，不断思索，且不急不躁才能逐渐玩好，从某种意义上讲，魔方已成为一种特殊智力开发的玩具及考核玩者智力的水平与成熟与否的玩具，从而吸引了一批又一批的玩者。
3.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。
4.但是，现有的智能魔方存在以下缺陷：
5.1)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。
6.2)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。
7.3)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。
8.4)市面智能魔方产品都采用金属刷片传感器，会很大程度影响寿命及手感，导致产品功能失效错乱。


技术实现要素：

9.针对现有技术的不足，本发明提出了一种无接触编码器方位传感智能魔方球轴及魔方，球轴内安装折叠成六面体的一体式fpc柔性板，fpc柔性板的六个感应面以及信号处理单元，使用无接触式的编码器芯片，配合轴心磁力定位，定位更精准，使得智能魔方的可控可调型大幅度上升，避免机械接触式的寿命衰退，有效寿命可以达到上千万次。
10.为实现上述技术方案，本发明提供了一种无接触编码器方位传感智能魔方球轴，包括：上壳体，所述上壳体设置成半球形，上壳体的顶部设置有一根旋转轴，上壳体底部端边上设置有四根以上壳体球心为中心呈圆周阵列分布的旋转轴，每根旋转轴的内侧底部均安装有径向磁铁；通过卡扣结构卡合在上壳体底部的下壳体，所述下壳体也设置成半球形，下壳体的底部设置有一根与上壳体顶部旋转轴同轴的旋转轴，下壳体底部旋转轴的内侧底部也安装有径向磁铁；安装在上壳体和下壳体之间的智能控制组件，所述智能控制组件包括主控模块和电池模块，所述电池模块与主控模块电性连接，所述主控模块包括折叠成六
面体的一体式fpc柔性板，六面体fpc柔性板每个面的中心均安装有方位感应编码器芯片，fpc柔性板上还安装有主控soc和陀螺仪芯片，六面体fpc柔性板的八个端角上均安装有轴心定位磁铁。
11.在上述技术方案中，球轴采用上下半球壳卡扣连接设计，一体结构固定轴心，使转动更加稳定顺畅。通过安装在旋转轴内侧底部的径向磁铁与六面体fpc柔性板八个端角上的轴心定位磁铁之间的配合，实际旋转时，旋转轴无需每次转动90度，当旋转轴只需旋转过一定角度后就可以通过磁性吸力让魔方在90度状体被磁力吸附，定位更精准，同时可以防止魔方在旋转过程中的卡顿。球轴的定位传感结构采用旋转轴径向磁铁与轴心定位磁铁和方位感应编码器芯片相结合的结构，通过方位感应编码器芯片配合陀螺仪芯片检测旋转轴里面的径向磁铁转动的角度，转换为角度信号，从而识别魔方的转动的角度，检测时间为0.286毫秒，精度是2度，为超高速转动魔方检测提供了定位保证。采用一体式fpc柔性板整合六个面的方位感应编码器芯片，无需复杂的电线连接，很好的解决了传统智能魔方中布线凌乱的问题。
12.优选的，所述智能控制组件还包括用于安装fpc柔性板的fpc柔性板上固定座和fpc柔性板下固定座，fpc柔性板上固定座和fpc柔性板下固定座之间通过定位柱卡扣装配成六面体，其中电池模块安装在由fpc柔性板上固定座和fpc柔性板下固定座组成的六面体中心，fpc柔性板装配在由fpc柔性板上固定座和fpc柔性板下固定座组成的六面体表面，方便fpc柔性板的折叠固定。
13.优选的，六面体fpc柔性板的八个端角上位于轴心定位磁铁的一侧均设置有充电弹片，所述充电弹片与电池模块电性连接，方便为fpc柔性板实时提供电源。
14.优选的，所述电池模块为可充电的锂电池，工作时间长，充电方式灵活，多样。
15.优选的，所述fpc柔性板上还安装有蓝牙通信模块，可以与外部的智能app进行无线连接，方便数据的对外输出。
16.优选的，每根旋转轴的顶部均设置有卡扣，方便与外部中心块的对接。
17.优选的，本无接触编码器方位传感智能魔方球轴，还包括六个分别对应安装在六个旋转轴上的ges中心块，所述ges中心块包括中心块卡座，所述中心块卡座上设置有旋转轴顶部卡扣相匹配的卡槽，中心块卡座与旋转轴之间通过卡扣与卡槽之间卡合连接，中心块卡座内安装有ges轴距粒，ges档位固定在旋转轴上，ges档位镶嵌安装在ges轴距粒上，上盖安装在中心块卡座顶部并将ges档位和ges轴距粒遮盖在中心块卡座内。旋转轴采用一体圆形设计，圆形穿过球壳、中心块卡座、ges档位，零件都采用直身摩擦，降低拆分后的间隙，使轴心旋转更加稳定可靠，并通过工具进行轴距、弹力等各6档的参数调整。实际工作时，通过旋转ges档位可以调整旋转轴与ges中心块之间的连接弹力，以便更好的调节旋转轴在旋转过程中的顺畅性。
18.本发明还提供了一种无接触编码器方位传感智能魔方，包括上述的智能魔方球轴、八个角块和十二个棱块，相邻的角块、棱块与ges中心块之间通过设置在角块和棱块上的活动接耳连接，智能魔方球轴与八个角块和十二个棱块拼接成正六面体，通过对智能魔方球轴的结构设计使得旋转发力更轻松自如，使整个魔方机械功能及智能功能更加运行顺畅，提升用户体验度，产品性价比跨步提高。
19.优选的，所述角块包括角块座，角块座内安装有活动接耳，可拆分的盖体盖合在角
块座上并将活动接耳盖合在角块座内。
20.本发明提供的一种无接触编码器方位传感智能魔方球轴及魔方的有益效果在于：
21.1)本发明通过对智能魔方球轴的结构设计，采用上下半球壳卡扣连接设计，一体结构固定轴心，使转动更加稳定顺畅。通过安装在旋转轴内侧底部的径向磁铁与六面体fpc柔性板八个端角上的轴心定位磁铁之间的配合，实际旋转时，旋转轴无需每次转动90度，当旋转轴只需旋转过一定角度后就可以通过磁性吸力让魔方在90度状体被磁力吸附，定位更精准，同时可以防止魔方在旋转过程中的卡顿。
22.2)本发明通过对球轴定位结构的设计，定位传感结构采用旋转轴径向磁铁与轴心定位磁铁和方位感应编码器芯片相结合的结构，通过方位感应编码器芯片配合陀螺仪芯片检测旋转轴里面的径向磁铁转动的角度，转换为角度信号，从而识别魔方的转动的角度，检测时间为0.286毫秒，精度是2度，为超高速转动魔方检测提供了定位保证。
23.3)本发明采用一体式fpc柔性板整合六个面的方位感应编码器芯片、主控soc、陀螺仪芯片、蓝牙通信模块，一体化的设计给组装带来便利性，以及提高了系统的可靠性，并使得方位感应编码器芯片信号传达速度快、准确、不丢步，且无需复杂的电线连接，很好的解决了传统智能魔方中布线凌乱的问题。
24.4)本发明提供的一种无接触编码器方位传感智能魔方，通过装载上述智能魔方球轴，使面位置传感更准确，丢步率降低最低，零部件简化，组装工艺简化，旋转发力更轻松自如，使整个魔方机械功能及智能功能更加运行顺畅，提升用户体验度，产品性价比跨步提高。
附图说明
25.图1为本发明中智能魔方球轴的装配立体结构示意图。
26.图2为本发明中智能魔方球轴的爆炸结构示意图。
27.图3为本发明中智能控制组件的爆炸结构示意图。
28.图4为本发明中智能控制组件的装配立体结构示意图。
29.图5为本发明中fpc柔性板展开时的正面结构示意图。
30.图6为本发明中fpc柔性板展开时的反面结构示意图。
31.图7为本发明中控制原理方框示意图。
32.图8为本发明中球轴与ges中心的装配立体结构示意图。
33.图9为本发明中魔方的结构装配示意图。
34.图中：1、上壳体；2、下壳体；3、旋转轴；31、径向磁铁；32、卡扣；4、主控模块；41、fpc柔性板；42、方位感应编码器芯片；43、轴心定位磁铁；44、充电弹片；45、主控soc；46、陀螺仪芯片；5、电池模块；6、fpc柔性板上固定座；7、fpc柔性板下固定座；8、ges中心块；81、中心块卡座；82、ges轴距粒；83、ges档位；84、上盖；9、角块；91、角块座；92、活动接耳；93、盖体；10、棱块。
具体实施方式
35.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。
36.实施例1：一种无接触编码器方位传感智能魔方球轴。
37.参照图1至图8所示，一种无接触编码器方位传感智能魔方球轴，包括：
38.上壳体1，所述上壳体1设置成半球形，上壳体1的顶部设置有一根旋转轴3，上壳体1底部端边上设置有四根以上壳体1球心为中心呈圆周阵列分布的旋转轴3，每根旋转轴3的内侧底部均安装有径向磁铁31，每根旋转轴3的顶部均设置有卡扣32，方便与外部中心块的对接；
39.通过卡扣结构卡合在上壳体1底部的下壳体2，所述下壳体2也设置成半球形，下壳体2的底部设置有一根与上壳体1顶部旋转轴3同轴的旋转轴3，下壳体2底部旋转轴3的内侧底部也安装有径向磁铁31，球轴采用上下半球壳体卡扣连接设计，一体结构固定轴心，使转动更加稳定顺畅；
40.安装在上壳体1和下壳体2之间的智能控制组件，所述智能控制组件包括主控模块4、电池模块5、fpc柔性板上固定座6和fpc柔性板下固定座7，fpc柔性板上固定座6和fpc柔性板下固定座7之间通过定位柱卡扣装配成六面体，电池模块5安装在由fpc柔性板上固定座6和fpc柔性板下固定座7组成的六面体中心，所述电池模块5与主控模块4电性连接，所述主控模块4包括折叠成六面体的一体式fpc柔性板41，fpc柔性板41装配在由fpc柔性板上固定座6和fpc柔性板下固定座7组成的六面体表面，方便fpc柔性板41的折叠固定，六面体fpc柔性板41每个面的中心均安装有方位感应编码器芯片42，fpc柔性板41上还安装有主控soc45和陀螺仪芯片46，方位感应编码器芯片42配合陀螺仪芯片46用于检测旋转轴3里面的径向磁铁31转动的角度，主控soc45用于将方位感应编码器芯片42收集的信号转换为角度信号，从而识别魔方的转动的角度，六面体fpc柔性板41的八个端角上均安装有轴心定位磁铁43，轴心定位磁铁43用于通过磁性吸力让旋转轴3在90度状体被磁力吸附，定位更精准；六面体fpc柔性板41的八个端角上位于轴心定位磁铁43的一侧均设置有充电弹片44，所述充电弹片44与电池模块5电性连接，方便为fpc柔性板41实时提供电源，电池模块5为可充电的锂电池，工作时间长，充电方式灵活，多样，使用可充电的锂电池可以支持连续玩10个小时，待机时间可以长达2个月，fpc柔性板41上还安装有蓝牙通信模块，可以与外部的智能app进行无线连接，方便数据的对外输出。
41.参照图8所示，本无接触编码器方位传感智能魔方球轴，还包括六个分别对应安装在六个旋转轴3上的ges中心块8，所述ges中心块8包括中心块卡座81，所述中心块卡座81上设置有旋转轴3顶部卡扣32相匹配的卡槽，中心块卡座81与旋转轴3之间通过卡扣32与卡槽之间卡合连接，中心块卡座81内安装有ges轴距粒82，ges档位83固定在旋转轴3上，ges档位83镶嵌安装在ges轴距粒83上，上盖84安装在中心块卡座81顶部并将ges档位83和ges轴距粒82遮盖在中心块卡座81内。旋转轴3采用一体圆形设计，圆形穿过球壳、中心块卡座81、ges轴距粒82后与ges档位83连接，零件都采用直身摩擦，降低拆分后的间隙，使轴心旋转更加稳定可靠，实际工作时，通过旋转ges档位83可以调整旋转轴3与ges中心块8之间的连接弹力及轴距，以便更好的调节旋转轴3在旋转过程中的顺畅性。
42.本发明通过对智能魔方球轴的结构设计，采用上下半球壳体卡扣连接设计，一体结构固定轴心，使转动更加稳定顺畅。并通过安装在旋转轴3内侧底部的径向磁铁31与六面
体fpc柔性板41八个端角上的轴心定位磁铁43之间的配合，实际旋转时，旋转轴3无需每次转动90度，当旋转轴3只需旋转过一定角度后就可以通过磁性吸力让魔方在90度状体被磁力吸附，定位更精准，同时可以防止旋转轴3在旋转过程中的卡顿。
43.本发明通过对球轴定位结构的设计，定位传感结构采用旋转轴径向磁铁31与轴心定位磁铁43和方位感应编码器芯片42相结合的结构，通过方位感应编码器芯片42配合陀螺仪芯片46检测旋转轴3里面的径向磁铁31转动的角度，转换为角度信号，从而识别魔方的转动的角度，检测时间为0.286毫秒，精度是2度，为超高速转动魔方检测提供了定位保证。采用一体式fpc柔性板41整合六个面的方位感应编码器芯片42、主控soc45、陀螺仪芯片46和蓝牙通信模块，一体化的设计给组装带来便利性，以及提高了系统的可靠性，并使得方位感应编码器芯片42信号传达速度快、准确、不丢步，且无需复杂的电线连接，很好的解决了传统智能魔方中布线凌乱的问题。
44.实施例2：一种无接触编码器方位传感智能魔方。
45.参照图1至图9所述，一种无接触编码器方位传感智能魔方，包括如实施例1中所述的智能魔方球轴、八个角块9和十二个棱块10，其中角块9包括角块座91，角块座91内安装有活动接耳92，可拆分的盖体93盖合在角块座91上并将活动接92耳盖合在角块座91内，相邻的角块9、棱块10与ges中心块8之间通过设置在角块9和棱块10上的活动接耳连接82，智能魔方球轴与八个角块9和十二个棱块10拼接成正六面体。
46.本发明提供的一种无接触编码器方位传感智能魔方，通过装载上述智能魔方球轴，使面位置传感更准确，丢步率降低最低，零部件简化，组装工艺简化，旋转发力更轻松自如，使整个魔方机械功能及智能功能更加运行顺畅，提升用户体验度，产品性价比跨步提高。
47.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。