Интерактивные шахматы Российский патент 2023 года по МПК A63F3/02 

Изобретение относится к устройствам для проведения шахматных игр, состоящее из игрового поля и набора фигур, может быть использовано для обучения игре в шахматы, для проведения соревнований в шахматных кружках и клубах, для домашнего использования, для игры с удаленным противником или преподавателем и как развлекательный аттракцион. Устройство может быть снабжено модулем беспроводной связи для взаимодействия с внешними устройствами.

Известно ПЕРИФЕРИЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ НАСТОЛЬНОЙ ИГРЫ С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ К КОМПЬЮТЕРУ (патент РФ № 2594553 от 22.06.2015), которое содержит игровую доску с как минимум одной игровой поверхностью, разбитой на отдельные клетки, и игровые фигуры, оснащенные метками, содержащими уникальный идентификатор или цифровой код, записанный в соответствующих ячейках памяти метки. В корпусе игровой доски размещена одна или несколько печатных плат, на которой расположены антенны так, что они распределены под каждой клеткой, микроконтроллер, соединенный со специализированной микросхемой опроса меток, элемент питания, модуль беспроводной связи с компьютером или сервером, а на корпусе закреплена панель с индикаторами работы и разъемами для подключения зарядного устройства, съемных накопителей информации, компьютера, планшета, смартфона, шахматных часов или других регистраторов и кнопка включения устройства. Обеспечивает расширение функциональных возможностей игровых устройств за счет организации беспроводного обмена информации с возможностью долговременной автономной работы без внешних источников питания, быстрого опроса фигур, легкой адаптации к изменению протоколов обмена информацией, уменьшается время, необходимое для подготовки оборудования для проведения турниров с большим количеством участников, что снижает стоимость организации соревнований, упрощает организацию игры по сети, в том числе и через Интернет, и повышает занимательность проводимых с данным устройством игр.

Известны сенсорная шахматная доска и метод определения положений шахматных фигур на шахматной доске и передачи этих положений на компьютер или другое электронное записывающее устройство (патент US2019022517 от 24.01.2019), состоящая из: верхнего слоя, состоящего из шестидесяти четырех (64) квадратов переменного цвета, расположенных в восемь параллельных рядов и восемь параллельных файлов, причем ранги расположены перпендикулярно файлам; нижний слой, содержащий печатную плату, указанную печатную плату, содержащую шестьдесят четыре (64) антенны радиочастотной идентификации, расположенные в регистрации с указанными шестьюдесятью четырьмя (64) квадратами переменного цвета в указанном верхнем слое; и электронная схема, встроенная в указанную печатную плату, оперативно организованная для определения положений и движения шахматных фигур на указанных шестидесяти четырех (64) квадратах указанного верхнего слоя и передачи указанных положений и движения компьютеру.

Недостатками указанных выше устройств является то, что они не способны определить факт касания к фигуре. Так же нет функций визуализации игровой ситуации с помощью подсветки и озвучивания действий. А, кроме того, описываемые авторами устройства позиционируются как периферийные, т.е. неспособные к самостоятельной и автономной работе без присоединения к ЭВМ, играющей роль вычислительного блока.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения являются устройство, система и метод для электронной шахматной доски (патент US11217117 от 2020.09.16), включающий в себя множество игровых фигур, шахматную доску, имеющую игровую поверхность, включающую в себя множество индивидуально идентифицируемых мест, видимых пользователю на шахматной доске, систему освещения, сконфигурированную для освещения каждого из множества индивидуально идентифицируемых мест, и электронную систему, соединенную к системе освещения. Каждое из индивидуально идентифицируемых местоположений выполнено с возможностью приема любой из множества игровых фишек. Электронная система включает в себя процессор, сконфигурированный для определения момента контакта пользователя с выбранной из множества игровых фигур и управления работой системы освещения для освещения игровой поверхности, чтобы обеспечить визуальную идентификацию по меньшей мере одного хода, доступного для выбранную фигуру с учетом уровня гандикапа, предоставленного пользователю. По меньшей мере одно движение отнесено к одной из множества категорий движений на основании силы по меньшей мере одного движения, и визуальная идентификация сообщает категорию движения, включенную во множество категорий движений для по меньшей мере одного движения.

Недостатками указанного технического решения является отсутствие идентификации самой фигуры, слежение за фигурами осуществляется только благодаря запоминанию перестановок. При таком решении невозможна игра при нестандартной расстановке фигур (Шахматы Фишера), и будет нарушаться логика игры при неверной начальной расстановке фигур.

Ввиду педагогической направленности разрабатываемого устройства к недостаткам указанных выше устройств можно отнести недостаточную степень интерактивности (обратной связи с игроком), поскольку представленные на рынке аналоги имеют скорее рекреационное направление, чем обучающее.

Техническая задача, стоящая перед изобретением, заключается в расширение функциональных интерактивных возможностей устройства за счет введение сценария работы с игровыми карточками, а также повышение надежности устройства путем размещения RFID датчиков, емкостных датчиков, подсветки и прочих необходимых для функционирования элементов на одной печатной плате.

Техническим результатом изобретения является создание интерактивных высоко технологичных шахмат, обладающих RFID датчиками, емкостными датчиками и подсветкой на одной плате с разными сценариями работы путем использования игровых карточек.

Технический результат достигается тем, что интерактивные шахматы, содержат корпус игрового поля, разбитого на отдельные клетки, набор игровых фигур, комплектность которых соответствует правилам игры в шахматы, которые оснащены метками, содержащими уникальный идентификатор. Каждая клетка игрового поля содержит RFID антенну, подключенную к мультиплексору, который в свою очередь подключен к RFID приемопередатчику и емкостной датчик, состоящий из электрода возбуждения и приемного электрода подключенных к мультиплексорам которые электрически соединены с блоком измерения электрической емкости, светоизлучающие диоды, которые образуют блок подсветки, вычислительный блок. Кроме того, для игры используется дополнительный комплект карточек, содержащих в себе как минимум одну RFID-метку и взаимодействующих с полем посредством RFID антенн, встроенных в поле для воспроизведения различных игровых ситуаций и сохранения в их памяти игровой информации, игровые фигуры, изготовленные из электропроводящего материала, а вся электроника расположена на одной плате, включая RFID антенны, емкостные датчики и светодиоды. Интерактивные шахматы, в шахматной доске могут содержать встроенный модуль беспроводной связи для взаимодействия с внешними устройствами, звуковоспроизводящее устройство, карточки, с нанесенными на них методическими материалами, а на фигуры может быть нанесена цветовая маркировка.

Интерактивные шахматы представляют собой устройство для игры в шахматы, состоящее из игрового поля, набора фигур и набора интерактивных карточек. Каждая фигура выполнена из материала обладающего электропроводными свойствами, что необходимо для детектирования прикосновения к фигуре емкостным датчиком. Добиться электропроводных свойств фигуры можно путем нанесения на ее поверхность электропроводящее покрытие, например лак содержащий углеродные нанотрубки или выполнив фигуру из полимера с добавление тех же нанотрубок. В каждую фигуру встроена RFID метка либо нанесена в виде стикера, в которую заранее запрограммирован идентификационный номер закрепленный для данного типа фигур, например для белой пешки – “1”, а для черной пешки “2” и т.д. На каждый тип фигур нанесена уникальная цветовая маркировка, например в виде кольца вокруг всей фигуры, либо в виде точки на вершине фигуры. Комплектность фигур соответствует правилам игры в шахматы.

Игровое поле может быть оснащено модулем беспроводной связи, наличие которого дает возможность подключения к серверу для работы с удаленным преподавателем либо для игры с удаленным противником, сохранение сыгранных партий на сервере, ведение статистики, трансляция проводимых игр и пр.

На фиг. 1 представлена конструкция игрового поля, на фиг. 2 показана функциональная схема игрового поля.

На чертежах обозначены: корпус 1, печатная плата 2, игровая поверхность 3, RFID антенны 4, мультиплексор 5, RFID приемопередатчик 6, вычислительный блок 7, электроды возбуждения 8, приемные электроды 9, мультиплексор 10, мультиплексор 11, блок измерения электрической емкости 12, вырезы 13, светоизлучающие диоды 14, блок подсветки 15, разъем подключения питания 16, звуковое устройство 17, блок звуковоспроизведения 18, блок беспроводной передачи данных 19.

Далее описано исполнение устройства и принцип его действия.

Игровое поле состоит из корпуса 1, закрепленной в нем печатной платы 2, поверх которой расположена игровая поверхность 3. Поверхность изготовлена из светорассеивающего материала, на которую наносится полупрозрачная краска в виде изображения чередующихся черных и белых клеток и их нумерация. На печатной плате, в центре каждой шахматной клетки, расположено по одной RFID антенне 4, каждая из которых подключена к входам мультиплексора 5, выход которого соединен со входом RFID приемопередатчика 6. Приемопередатчик 6 может быть организован на микросхеме MFRC5000, сигнал с которого в свою очередь поступает на вычислительный блок 7, который в свою очередь может быть организован на базе микроконтроллера STM32F405RGT6. Вычислительный блок 7, подавая сигналы управления на мультиплексор 5, коммутирует поочередно каждую RFID антенну к блоку RFID приемопередатчика 6, который инициализирует опрос наличия метки. Если метка обнаружена, приемопередатчик 6 считывает номер, заранее запрограммированный в метке, и передает это значение в вычислительный блок 7. По наличию ответа от метки можно определить, находиться ли какая либо фигура или интерактивная карточка на выбранной клетке, а по считанному с метки номеру можно определить тип фигуры или карточки, закрепленный за этим номером.

Так же на плате в центре каждой шахматной клетки расположены пары электродов: электрод возбуждения 8 и приемный электрод 9. Электроды возбуждения 8 подключены к выходам мультиплексора 10, а приемные электроды 9, подключены к входам мультиплексора 11. Вход мультиплексора 10 и выход мультиплексора 11 соединены с блоком измерения электрической емкости 12, сигнал с которого поступает на вычислительный блок 7, который так же управляет мультиплексорами 10 и 11, поочередно выбирая пары электродов 8 и 9. По изменению измеренной электрической емкости между парами электродов 8 и 9 вычислительный блок 7 может определить факт касания игрока к фигуре стоящей на любой из клеток.

Электроды 8 и 9, а так же RFID антенны 4 выполнены в виде топологии на печатной плате вместе с топологией остальных электрических схем, что упрощает производство шахмат.

Так же на печатной плате имеется множество вырезов 13, в которые помещены светоизлучающие диоды 14, образующие блок подсветки 15, данные в который поступают из вычислительного блока 7. Светодиодная индикация необходима для обратной связи с игроком. С помощью индикации доска может давать подсказки игроку как лучше ходить, или наоборот – что такой ход запрещен, выдавать подсказки о том, куда какую фигуру поставить при начале игры посредством воспроизведения в районе шахматных клеток цветов закрепленных за фигурой, воспроизводить световые анимации при различных действиях игрока – тем самым добавляя интерактивности.

На краю платы 2 расположен разъем подключения питания 16 и звуковое устройство 17, которое входит в состав блока звуковоспроизведения 18, сигнал на который подается с вычислительного блока 7. Блок звуковоспроизведения 18 может воспроизводить заранее подготовленные и загруженные в него звуки. Вычислительный блок дает команду на воспроизведение звука при различных игровых ситуациях, например, озвучивает ходы игрока, что в совокупности с анимированной подсветкой увеличивает увлекательность игрового процесса.

Блок беспроводной передачи данных 19 соединен с вычислительным блоком 7 и предназначен для связи с внешними устройствами. Блок беспроводной передачи 19 может быть основан на модуле ESP-WROOM-32.

Интерактивные карточки представляют из себя карточки из бумаги или пластика с нанесенной на них графической информацией, в которые вмонтированы, по крайней мере, по одной RFID метке с заранее запрограммированным в нее идентификатором. Они предназначены для управления игровым процессом. Такую карточку можно будет положить на любую свободную от фигур клетку поля, после чего идентификатор, запрограммированный в ней, будет считан посредством RFID антенны 4 встроенной в клетку на которую положили карточку и RFID приемопередатчиком 6 и передан вычислительному блоку 7. Интерактивные карточки могут быть использованы для управления доской, например, при прикладывании карточки “Начало партии”, доска проверит правильность расстановки фигур и начнет отсчет времени, а при использовании карточки “Подсказка” в процессе игры, доска подскажет самый выгодный ход. Благодаря применению интерактивных карточек можно исключить из конструкции шахматной доски кнопки и дисплей, что очень сильно упрощает конструкцию.

Рассмотрим сценарий, при котором двое игроков играют в интерактивные шахматы. Процесс игры начинается с подачи питания на доску путем подключения внешнего адаптера питания к разъему подключения питания 16. После подачи питания вычислительный блок 7 начинает циклически опрашивать массив RFID антенн 4 на наличие фигур или интерактивных карточек со встроенной RFID меткой на игровой поверхности 3. Параллельно с опросом RFID антенн 4, происходит циклическое измерение электрической емкости между парами электродов 8 и 9 для обнаружения прикосновения к стоящей фигуре или пустой клетке. Если на одной из клеток обнаружена интерактивная карточка “Начало партии”, идентифицированная по номеру, загруженному в память RFID метки, вычислительный блок 7 формирует команду блоку подсветки 15 отобразить на игровой поверхности расстановку фигур соответствующую шахматным правилам, а блоку звуковоспроизведения 18 воспроизвести фразу “Расставьте фигуры”. При этом каждая клетка поля, на которой должна стоять фигура загорится тем цветом, которым промаркирована фигура, стоящая на этой клетке в соответствии с правилами. Если игрок поставит фигуру неверно, то на задействованной клетке подсветка начнет мигать, и будет воспроизведен звук “неверная расстановка”. После того, как вычислительный блок 7 зафиксирует, что все фигуры расставлены в верном порядке, подсветка, подсказывающая расстановку, потухнет и воспроизведется фраза “Фигуры расставлены верно”. После того, как кто либо из игроков коснулся какой-либо фигуры, между электродом возбуждения 8 и приемным электродом 9 той клетки, на которой стоит фигура, измениться электрическая емкость вычислительный блок 7 рассчитает доступные ходы для выбранной фигуры и раскрасит клетки путем подачи команды блоку подсветки 15. Доступные для хода клетки окрасятся в зеленый цвет, а клетки на которых стоят фигуры противника подверженные атаке в красный цвет. Если положить на поле карточку “Дать подсказку”, то блок рассчитает самый выгодный ход и раскрасит клетку в синий цвет.

Таким образом, интерактивные шахматы могут быть использованы как обучающий комплекс для школьников и дошкольников, набор для проведения соревнований в шахматных кружках и клубах, для игры в шахматы в домашнем использовании или развлекательный аттракцион.

Благодаря наличию у RFID меток перезаписываемой памяти, их можно использовать для сохранения на них данных, поэтому можно использовать интерактивные карточки для записи текущей расстановки фигур. Это понадобится для того, чтобы можно было прервать игру а позже ее продолжить с того же места. Так же можно сохранить не только текущую расстановку фигур, но еще и время игры и прочие аспекты профессиональных матчей. Это может выглядеть следующим образом: игроки находятся в процессе игры, прикладывают на свободную клетку карточку “Карточка для сохранения игры”, при этом в память RFID метки, закрепленной на карточке, будет записана текущая расстановка фигур и прочая необходимая информация о текущей партии. По прошествии некоторого времени, игроки решают доиграть незаконченную партию, прикладывают на пустую от фигур доску карточку с сохраненной партией, информация с карточки считывается доской, клетки на игровой поверхности раскрашиваются в цвета фигур, которые стояли на них при сохранении. После того как все фигуры будут расставлены в соответствии с цветами клеток, доска воспроизводит фразу “фигуры расставлены верно, можно продолжать партию”.

Заявленная совокупность признаков позволяет получить высокотехнологичные интерактивные шахматы.

Изобретение относится к устройствам для проведения шахматных игр, состоящее из игрового поля и набора фигур, может быть использовано для обучения игре в шахматы, для проведения соревнований в шахматных кружках и клубах, для домашнего использования, для игры с удаленным противником или преподавателем и как развлекательный аттракцион. Устройство может быть снабжено модулем беспроводной связи для взаимодействия с внешними устройствами. Интерактивные шахматы содержат корпус игрового поля, разбитого на отдельные клетки, набор игровых фигур, комплектность которых соответствует правилам игры в шахматы, которые оснащены метками, содержащими уникальный идентификатор. Каждая клетка игрового поля содержит RFID антенну, подключенную к мультиплексору, который в свою очередь подключен к RFID приемопередатчику, и емкостной датчик, состоящий из электрода возбуждения и приемного электрода, подключенных к мультиплексорам, которые электрически соединены с блоком измерения электрической емкости, светоизлучающие диоды, которые образуют блок подсветки, вычислительный блок. Кроме того, для игры используется дополнительный комплект карточек, содержащих в себе как минимум одну RFID метку и взаимодействующих с полем посредством RFID антенн, встроенных в поле для воспроизведения различных игровых ситуаций и сохранения в их памяти игровой информации, игровые фигуры, изготовленные из электропроводящего материала, а вся электроника расположена на одной плате, включая RFID антенны, емкостные датчики и светодиоды. Интерактивные шахматы в шахматной доске могут содержать встроенный модуль беспроводной связи для взаимодействия с внешними устройствами, звуковоспроизводящее устройство, карточки, с нанесенными на них методическими материалами, а на фигуры может быть нанесена цветовая маркировка. Техническим результатом изобретения является создание интерактивных высокотехнологичных шахмат, обладающих RFID датчиками, емкостными датчиками и подсветкой на одной плате с разными сценариями работы путем использования игровых карточек. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Интерактивные шахматы, содержащие корпус игрового поля, разбитого на отдельные клетки, набор игровых фигур, комплектность которых соответствует правилам игры в шахматы, которые оснащены метками, содержащими уникальный идентификатор, при этом каждая клетка игрового поля содержит RFID антенну, подключенную к мультиплексору, который подключен к RFID приемопередатчику и емкостной датчик, состоящий из электрода возбуждения и приемного электрода, подключенных к мультиплексорам, которые электрически соединены с блоком измерения электрической емкости, светоизлучающие диоды, которые образуют блок подсветки, вычислительный блок, отличающиеся тем, что для игры используется дополнительный комплект карточек, содержащих в себе как минимум одну RFID метку и взаимодействующих с полем посредством RFID антенн, встроенных в поле для воспроизведения различных игровых ситуаций и сохранения в их памяти игровой информации, игровые фигуры, изготовленные из электропроводящего материала, а вся электроника расположена на одной плате, включая RFID антенны, емкостные датчики и светодиоды.

2. Интерактивные шахматы по п.1, отличающиеся тем, что в шахматной доске встроен модуль беспроводной связи для взаимодействия с внешними устройствами

3. Интерактивные шахматы по п.1, отличающиеся тем, что шахматная доска оснащена звуковоспроизводящим устройством.

4. Интерактивные шахматы по п.1, отличающиеся тем, что на карточки нанесены методические материалы.

5. Интерактивные шахматы по п.1, отличающиеся тем, что на фигуры нанесена цветовая маркировка.