ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО С ОБЪЕМНЫМ ТРАНСФОРМИРУЕМЫМ ДИСПЛЕЕМ Российский патент 2018 года по МПК A63F13/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электронным устройствам с объемным трансформируемым дисплеем, включающим в себя центральный элемент, вокруг которого расположено множество периферических элементов, имеющих плоские грани и выполненных с возможностью движения и поворота вокруг центрального элемента, при этом каждый из периферических элементов имеет по меньшей мере один дисплей, расположенный на внешней грани периферического элемента, и расположенные на внутренних гранях указанного периферического элемента контактные группы, при этом устройство имеет микропроцессор, соединенный с источником питания, расположенным внутри указанного периферического элемента, и может быть использовано для обучения или визуализации информации.

В данном описании применяются термины:

- трансформируемый дисплей – дисплей, состоящий из отдельных дисплеев меньшего размера, которые могут менять расположение друг относительно друга;

- периферический элемент – в отличие от центрального, элемент, расположенный снаружи устройства, чтобы его можно было всегда видеть;

- внешняя грань периферического элемента – плоская поверхность периферического элемента, обращенная к пользователю;

- внутренняя грань периферического элемента – плоская поверхность периферического элемента, обращенная от пользователя, то есть к центральному элементу.

Уровень техники

В настоящее время существует множество электронных устройств имеющих дисплей. Данные устройства могут применяться для различных целей, для передачи графической информации, для обучения и для развлечений, в том числе использоваться в качестве головоломок.

Так, известно из уровня техники электронное устройство с объемным трансформируемым дисплеем, включающее в себя центральный элемент, вокруг которого расположено множество периферических элементов, имеющих плоские грани и выполненных с возможностью движения и поворота вокруг центрального элемента, при этом каждый из периферических элементов имеет по меньшей мере один дисплей, расположенный на внешней грани периферического элемента, и расположенные на внутренних гранях указанного периферического элемента контактные группы, при этом устройство имеет микропроцессор, соединенный с источником питания, расположенными внутри указанного периферического элемента, см. описание патента США №8465356 B2, опубликован 18 июня 2013 г.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, и в настоящем описании изобретения будут описаны отличия от данного устройства.

Недостатком данного устройства является то, что все его периферические элементы имеют крепление к центральному посредством осей, как у известной головоломки кубик Рубика, что подвержено износу. Кроме того, данное устройство выполнено с одними (или минимальными числом) микропроцессоров и в случае выхода его из строя или из соединений с дисплеями, устройство полностью перестает работать. Точно также оно имеет единый элемент питания, который находится в центральном элементе, и в случае его разрядки устройство также полностью перестает работать до зарядки источника питания.

Кроме того, необходимо отметить, что в данном устройстве при использовании в качестве обучающего или игрового пособия, когда требуется информация о расположении элементов устройства между собой, то устройству требуется гироскоп и акселерометр. А это дополнительные элементы, которые усложняют конструкцию, могут выйти из строя, и все это влияет на невысокую надежность и долговечность работы устройства.

Кроме того, для работы данного устройства требуется передача данных между разными элементами устройства, оборудованными блоками с дисплеями, что усложняет механическую конструкцию и увеличивает вероятность поломки контактных групп, которых требуется много для параллельной передачи информации. Или же приводит к низкой скорости работы устройства при последовательной передаче информации через малое число соединений.

То есть проблемой уровня техники является изнашиваемость частей такого устройства во время эксплуатации, его невысокая надежность.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить электронное устройство с объемным трансформируемым дисплеем, позволяющее обеспечить повышение надежности и долговечности работы устройства, что и является поставленной технической задачей.

Для достижения этой цели каждый из периферических элементов имеет свой микропроцессор, соединенный со своим источником питания, при этом микропроцессор и источник питания расположены внутри указанного периферического элемента, а контактные группы указанного периферического элемента образованы магнитами, выполненными с возможностью соединения соседних периферических элементов между собой и одновременной передачей электрического сигнала между ними.

Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность исполнения устройства без осей, без изнашиваемых подвижных частей, а именно из отдельных неподвижных элементов, соединяемых между собой только магнитными силами.

Существует вариант изобретения, в котором магниты выполнены в виде шариков, расположенных в сферических гнездах с возможностью вращения вокруг своего центра.

Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность самостоятельного поворачивания магнитов и подстройки их пространственной ориентации под необходимую полярность для взаимодействия с магнитами другого элемента.

Существует вариант изобретения, в котором магниты выполнены в виде шариков, фиксирующихся к контактным группам шайбами, удерживающих магниты с возможностью вращения вокруг своего центра.

Благодаря данной выгодной характеристике появляется альтернативная возможность самостоятельного поворачивания магнитов и подстройки их пространственной ориентации под необходимую полярность для взаимодействия с магнитами другого элемента.

Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения, а использование магнитов не только для соединения элементов между собой, а еще и для передачи электрических сигналов, при их автоматической ориентации нужными полюсами, то это показывает на неочевидность данного решения для специалиста в данной области, что, в свою очередь, свидетельствует о соответствии критерию «наличие изобретательского уровня» для изобретения.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:

- фигура 1 изображает внешний вид электронного устройства с объемным трансформируемым дисплеем, вариант устройства 2×2×2, в статике, согласно изобретению,

- фигура 2 изображает внешний вид электронного устройства с объемным трансформируемым дисплеем, вариант устройства 2×2×2, в процессе трансформации – смены положения, согласно изобретению,

- фигура 3 изображает внешний вид электронного устройства с объемным трансформируемым дисплеем, вариант устройства 2×2×2, с частичным вырезом, позволяющим продемонстрировать центральный элемент, согласно изобретению,

- фигура 4 изображает внешний вид одного периферического элемента электронного устройства, согласно изобретению,

- фигура 5 изображает функциональную схему одного периферического элемента электронного устройства, согласно изобретению;

- фигура 6 изображает вид в разрезе коннектора одного периферического элемента электронного устройства, согласно изобретению;

- фигура 7 изображает внешний вид возможного варианта исполнения электронного устройства, согласно изобретению.

Согласно фигурам 1-7 электронное устройство с объемным трансформируемым дисплеем включает в себя центральный элемент 1, вокруг которого расположено множество периферических элементов 2, имеющих плоские грани 21 и выполненных с возможностью движения и поворота вокруг центрального элемента 1.

Каждый из периферических элементов 2 имеет, по меньшей мере, один дисплей 3, расположенный на внешней грани 211 периферического элемента, и расположенные на внутренних гранях 212 указанного периферического элемента контактные группы 4.

Каждый из периферических элементов 2 имеет свой микропроцессор 5, соединенный со своим источником питания 6. Микропроцессор 5 и источник питания 6 расположены внутри указанного периферического элемента 2, а контактные группы 4 указанного периферического элемента 2 образованы магнитами 41, выполненными с возможностью соединения соседних периферических элементов между собой и одновременной передачей электрического сигнала между ними.

Например, магниты 41 могут выступать четырьмя электрическими коннекторами: первый – «Земля», второй – «напряжение +5В», третий и четвертый - последовательные порты для приема и передачи данных. Это пример выполнения контактной группы, при котором могут быть разные варианты выполнения коннекторов, часть могут быть магнитные, часть нет. Соединения, которые обеспечивают передачу данных, могут использовать различные протоколы, передачи данных, не только использовать последовательный порт передачи.

В общем случае количество контактов может быть иное.

Магниты 41 могут быть выполнены в виде шариков, расположенные в сферических гнездах 42 с возможностью вращения вокруг своего центра.

На фигуре 5 схематически показано направление магнитного поля, оно указано стрелкой с буквами N и S. Как видно, магнитные шарики свободно ориентированы. Как только к такому магнитному шарику приближается второй магнит, находящийся на другом периферическом элементе, то оба шарика, поворачиваясь в сферических гнездах 42, входят во взаимодействие и ориентируются противоположными полюсами, притягиваясь друг к другу. Таким образом происходит фиксация различных элементов между собой. При этом обеспечивается возможность прохождения электрического тока между разными элементами, так как сами магниты выполнены из токопроводящего материала. Образуется электрическая цепь, позволяющая передавать электрическое напряжение и данные от одного периферического элемента другому.

В общем случае, можно, например, «землю» подводить к центральному элементу без магнитов или простым соединением.

Точно также необходимо отметить, что диаметр магнита несколько меньше диаметра сферических гнездах 42, то есть некоторый зазор, который позволяет магниту 41 немного выдвигаться навстречу другого элемента, что решает проблему с нестабильным зазором между разными периферическими элементами.

Также в общем случае вместо сферических гнезд 42 могут быть использованы специальные фиксирующие элементы, например, шайбы 43, которые позволяют магниту вращаться, но фиксируют его к самому периферическому элементу, см. фиг. 6.

В общем случае форма самого устройства может быть любой, но преимущественно представлять собой объемный многогранник, типичным представителем которого является параллелепипед, преимущественно куб. Устройство может состоять из разного количества периферических элементов.

Выделим основные варианты общего вида самого электронного устройства в сборе:

- куб из восьми периферических элементов 2×2×2;

- куб из двадцати шести периферических элементов 3×3×3;

- куб из пятидесяти шести периферических элементов 4×4×4;

- параллелепипед из некоторого количества периферических элементов, например 2×2×3, 2×3×3 и т.д.

- призмы сложной формы,

- многогранники, имеющие трапециевидные грани.

В разных вариантах периферические элементы могут иметь разное количество дисплеев, так как могут быть варианты, как в случае 2×2×2, когда все периферические элементы одинаковые, а могут быть варианты, как в случае 3×3×3, когда периферические элементы не являются одинаковыми, а делятся на угловые периферические элементы с тремя дисплеями каждый, и на периферические элементы с двумя дисплеями каждый. Соответственно такие периферические элементы могут иметь разное количество внутренних граней.

В общем случае периферические элементы могут иметь дополнительные электрические компоненты, в том числе источники звука, микрофоны, светодиоды.

Осуществление изобретения

Электронное устройство с объемным трансформируемым дисплеем работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения, имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.

Внутрь каждого периферического элемента размещают микропроцессор, источник питания (заряжаемый аккумулятор), соединяют их с расположенными на внешних гранях периферического элемента дисплеями. Таким образом каждый периферический элемент выполнен как автономное отдельное устройство. Будучи примагниченным через контактные магниты к аналогичному периферическому элементу, такие периферические элементы синхронизируются и могут работать как целое, выводя на дисплеи общее изображение.

Таким образом, можно собрать одно общее электронное устройство, которое выводит на множество отдельных дисплеев как одно общее изображение, так и несколько отдельных общих изображений, например, каждое - на свою грань.

Важной особенностью такого электронного устройства является его транспортируемость, то есть подвижность отдельных периферических элементов и возможность фиксации между собой в новом положении с сохранением общей формы устройства (а в общем виде даже оно может трансформироваться).

При повороте отдельных периферических элементов магниты соседних периферических элементов разъединяются и соединяются в новом положении. Магниты или магнитные коннекторы не только удерживают конструкцию в определенном положении, но и позволяют передавать напряжение и сигналы интерфейса между элементами, создавая электрическую цепь, для взаимодействия между периферическими элементами.

В центре конструкции находится центральный элемент. Это может быть, например, стальной шар (в общем случае материал и форма могут быть иными), создающий внутреннюю опору при поворачивании периферических элементов вокруг него.

В состоянии - когда к внутренней грани одного периферического элемента вплотную приближена аналогичная внутренняя грань другого периферического элемента, магниты-шарики под действием магнитного поля приближаемой группы поворачиваются друг к другу полюсами S-N; N-S и слипаются, образуя электрические цепи. Причем ситуация, когда магниты-шарики обращены друг к другу S-S или N-N - невозможна, так как шарики не закреплены и могут вращаться в своих гнездах.

Могут быть одновременно использоваться подвижные и неподвижные магниты. Фиксированные магниты могут в этом случае использоваться для обеспечения магнитного сцепления с центральным шаром.

Промышленная применимость

Электронное устройство с объемным трансформируемым дисплеем может быть осуществлено специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.

В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец электронного устройства с объемным трансформируемым дисплеем, которое было выполнено в модели 2×2×2, имело центральный шар, вокруг которого были расположены восемь одинаковых периферических элементов, каждый из которых имел три дисплея.

Испытания опытного образца электронного устройства с объемным трансформируемым дисплеем показали, что оно:

- позволяет легко перемещать отдельные периферические элементы,

- обеспечивает надежную фиксацию периферических элементов между собой,

- обеспечивает надежное электрическое соединение периферических элементов между собой.

Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача – повышение надежности и долговечности работы устройства.

Дополнительным полезным техническим результатом заявленного изобретения является то, что оно может использоваться:

1. как новое пространство для игр, привлекающее своей новизной;

2. для развития объемно-пространственного мышления играющего, повышение его когнитивных способностей.

3. как новое цифровое настольное устройство для вывода уведомлений о поступлении почты, или сообщений, курсов валют, цен на акции, прогноза погоды, фильмов в соседних кинотеатрах и т.п.

4. для вывода различной информации для различных пользователей (например, ситуация клиент-работник фирмы, когда они находятся лицом друг к другу и видят разные грани устройства).

Настоящее изобретение относится к электронным устройствам с объемным трансформируемым дисплеем, включающим в себя центральный элемент, вокруг которого расположено множество периферических элементов, имеющих плоские грани и выполненных с возможностью движения и поворота вокруг центрального элемента, при этом каждый из периферических элементов имеет по меньшей мере один дисплей, расположенный на внешней грани периферического элемента, и расположенные на внутренних гранях указанного периферического элемента контактные группы, при этом устройство имеет микропроцессор, соединенный с источником питания, расположенными внутри указанного периферического элемента, и может быть использовано для обучения или визуализации информации. Согласно изобретению каждый из периферических элементов имеет свой микропроцессор, соединенный со своим источником питания, при этом микропроцессор и источник питания расположены внутри указанного периферического элемента, а контактные группы указанного периферического элемента образованы магнитами, выполненными с возможностью соединения соседних периферических элементов между собой и одновременной передачей электрического сигнала между ними. Достигаемый технический результат – повышение надежности и долговечности работы устройства. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Электронное устройство с объемным трансформируемым дисплеем, включающее в себя центральный элемент, вокруг которого расположено множество периферических элементов, имеющих плоские грани и выполненных с возможностью движения и поворота вокруг центрального элемента, при этом каждый из периферических элементов имеет по меньшей мере один дисплей, расположенный на внешней грани периферического элемента, и расположенные на внутренних гранях указанного периферического элемента контактные группы, отличающееся тем, что каждый из периферических элементов имеет свой микропроцессор, соединенный со своим источником питания, при этом микропроцессор и источник питания расположены внутри указанного периферического элемента, а контактные группы указанного периферического элемента образованы магнитами, выполненными с возможностью соединения соседних периферических элементов между собой и одновременной передачей электрического сигнала между ними.

2. Электронное устройство по п. 1, отличающееся тем, что магниты выполнены в виде шариков, расположенные в сферических гнездах с возможностью вращения вокруг своего центра.

3. Электронное устройство по п. 1, отличающееся тем, что магниты выполнены в виде шариков, фиксирующихся к контактным группам шайбами, удерживающих магниты с возможностью вращения вокруг своего центра.