[发明专利]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

说明书

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。

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。

背景技术

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’s Cube)”(最初称为“魔方(Magic Cube)”)，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。