具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切地说，已经提供了这里所描述的示例仅用于示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现这里描述的方法、设备和/或系统的诸多可行方式中的一些方式。

在整个说明书中，当元件(诸如，层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“之上”或“直接覆盖”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。

如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。

尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各个构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分相区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。

为了易于描述，在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间关系术语，以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。所述装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并将对在这里使用的空间关系术语做出相应的解释。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。

这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造，但是如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的，其他构造是可能的。

实施例一

本实施例提供一种旋转棋子，用于围棋，旋转棋子可通过旋转变色作为不同的棋子使用，从而一方面提高了操作棋子的趣味性，另一方面旋转棋子和围棋合为一体，不会出现棋子丢失的情况，保证了围棋的完整性。此外，本实施例的旋转棋子还可以单独作为一种儿童游戏玩具，通过旋转棋子的旋转变色来锻炼儿童的手部操作能力和辨色能力。

下面将结合图1至图7，具体说明本实施例的旋转棋子的结构以及其旋转变色原理。

旋转棋子包括多个双头锥齿轮1、支撑架2、透明壳体3和磁力棒。

多个双头锥齿轮1之间顺次啮合形成闭合传动齿轮组，旋动其中任意一个双头锥齿轮1，能够驱动其余双头锥齿轮1同步转动。可选地，例如参见图1所示，多个双头锥齿轮1(为便于观看未示出双头锥齿轮的齿，具体双头锥齿轮的结构可参见图4)的数量可为12个，12个双头锥齿轮1顺次啮合，且相邻的双头锥齿轮1的端部相对应，以形成闭合传动齿轮组。每个双头锥齿轮1上沿其外周向顺次形成为不同的颜色部分，当旋转棋子作为围棋棋子使用时，旋转棋子需实现三个颜色的变换，包括黑色、白色和中间色，黑色和白色作为棋子显示色，中间色作为不干扰色。当旋转棋子单独作为儿童游戏玩具时，旋转棋子可形成为多种颜色，颜色数量不限，以锻炼儿童的辨色和识色能力。

本实施例以旋转棋子作为围棋棋子使用时的颜色配置为例，说明旋转棋子的颜色配置形成方式。旋转棋子的双头锥齿轮1上沿其外轴向顺次设置有第一颜色部分(黑色)、第二颜色部分(白色)和第三颜色部分(例如橙色)，第一颜色部分、第二颜色部分和第三颜色部分占双头锥齿轮1的面积相同，且任意相邻的两个双头锥齿轮1上对应相同颜色的部分能够对应啮合，使得在旋动双头锥齿轮1时，每旋动旋转棋子转动120度，旋转棋子的朝向外侧的表面则会呈现一种颜色，从而通过旋转棋子的旋动，实现旋转棋子颜色的变换。

参见图4所示，本实施例的双头锥齿轮1包括对称设置的第一直齿锥齿轮部11和第二直齿锥齿轮部12，第一直齿锥齿轮部11和第二直齿锥齿轮部12的参数相同，且两者的顶部背对设置，两者通过同一转轴14连接，且两者之间形成有一定间隙，该间隙形成为避让槽13。

参见图1和图2所示，旋转棋子的多个双头锥齿轮1的齿部顺次啮合，多个双头锥齿轮1的端部相对应，且多个双头锥齿轮1围设成容纳空间，容纳空间用于容纳支撑架2。

参见图3所示，支撑架2包括支撑主体21、设置于支撑主体21上的多个第一支撑杆22和多个第二支撑杆23。支撑主体21位于容纳空间内，多个第一支撑杆22的第一端连接支撑主体21，多个第一支撑杆22的第二端伸出容纳空间并支撑于双头锥齿轮1的端部。第一支撑杆22的第二端上沿其周向形成有多个限位槽221，以双头锥齿轮1的数量为12个为例，4个双头锥齿轮1的端部相应，第一支撑杆22的数量为6个，以图2所示的旋转棋子的放置角度为例，6个第一支撑杆22分别朝向上下左右前后6个方向延伸，且每个第一支撑杆22的第二端上沿其周向等间隔形成有4个限位槽221，双头锥齿轮1通过沿其轴向设置的转轴14的端部一一对应的伸入限位槽221内，从而实现双头锥齿轮1相对第一支撑杆22转动，以保证多个双头锥齿轮1稳定转动，支撑主体21和第一支撑杆22为双头锥齿轮1提供了稳定的支撑。

第二支撑杆23的第一端连接支撑主体21，第二支撑杆23的第二端穿过双头锥齿轮1的第一直齿锥齿轮部11和第二直齿锥齿轮部12之间的避让槽13并伸出于容纳空间，第二支撑杆23的第二端用于支撑透明壳体3。以双头锥齿轮1的数量为12个为例，每3个双头锥齿轮1的避让槽13相对设置，即每3个双头锥齿轮1的避让槽13围设成一个避让空间，因此第二支撑杆23的数量可以设置为8个，8个第二支撑杆23一一对应的穿过避让空间以支撑透明壳体3。

参见图6所示，透明壳体3罩设于双头锥齿轮1外，透明壳体3用于对旋转棋子提供防护作用，以避免杂质如灰尘、石子等进入双头锥齿轮1的啮合连接处而影响旋转棋子的正常转动。透明壳体3由透明材料如有机玻璃形成，其外形与旋转棋子的双头锥齿轮1的外轮廓相适配。透明壳体3可完全包覆多个双头锥齿轮1或多个双头锥齿轮1的部分暴露于透明壳体3外，即本实施例的旋转棋子可以为全部裸露式、局部裸露式或全部封闭式。

当透明壳体3完全包覆多个双头锥齿轮1时，对于双头锥齿轮1的旋动可借助磁力棒来实现。具体地，双头锥齿轮1的至少部分具有铁磁性，磁力棒贴附于透明壳体3的外部时能够与双头锥齿轮1的具有铁磁性的部分产生磁力作用，从而通过磁力棒驱动双头锥齿轮1转动，进而带动整个旋转棋子转动。需要说明的是，双头锥齿轮1可在内部嵌设磁性件或整个双头锥齿轮1通过具有铁磁性的材料形成，从而使得双头锥齿轮1的至少部分具有铁磁性。

此外，例如图6所示，当多个双头锥齿轮1的部分暴露于透明壳体3外时，通过旋动双头锥齿轮1暴露于壳体外的部分即可实现对旋转棋子的旋动，此时可通过手动旋动，无需借助其他工具(如磁力棒)。可选地，如图3所示，透明壳体3的对应双头锥齿轮1的一个端部的位置形成有缺口31，使得双头锥齿轮1的一个端部暴露于此缺口31，从而可通过此缺口31处对双头锥齿轮1进行旋动，进而实现对旋转棋子的旋动。

此外，由于本实施例的旋转棋子需要通过旋动来实现颜色的变换，因此为保证旋转棋子旋转后朝向外侧的表面呈现的颜色一致，即保证旋转棋子在颜色变换时旋转到位，本实施例的旋转棋子还设置有驱动构件，在不施加外部旋动力时，驱动构件能够驱动旋转棋子旋转到锁定位，以保证旋转棋子旋转后朝向外侧的表面呈现的颜色一致。具体地，如图7所示，本实施例的驱动构件为一弹性件25，多个双头锥齿轮1中彼此相对的两个双头锥齿轮1的转轴14平行，支撑主体21上形成有沿第一方向贯穿支撑主体21的通道211，其中第一方向为垂直于任意两个平行的转轴14的方向，弹性件25位于通道211内，且弹性件25的两端均伸出于通道211，并分别伸向彼此相对的两个双头锥齿轮1的第一直齿锥齿轮部11和第二直齿锥齿轮部12之间。多个双头锥齿轮1中的一对彼此相对的两个双头锥齿轮1的中部(即第一直齿锥齿轮部11和第二直齿锥齿轮部12之间)且垂直于其轴线的端面上(即可以为第一直齿锥齿轮部11的端面或第二直齿锥齿轮部12的端面上)分别形成有曲形凹槽，弹性件25的一端通过定位件24连接于该彼此相对的两个双头锥齿轮1中的一个双头锥齿轮1的曲形凹槽中，弹性件25的另一端通过定位件24连接于该彼此相对的两个双头锥齿轮1中的另一个双头锥齿轮1的曲形凹槽中，定位件24可为定位钩等定位件24，其可以在外力旋动双头锥齿轮1旋转的过程中在弹性件25的端部随曲形凹槽运动，并使得弹性件25发生拉伸；在撤销作用于双头锥齿轮1的外力时，在弹性件25的回复力的作用下能够带动双头锥齿轮1旋动，以使弹性件25回复至拉伸前，即使得弹性件25的两端的间距达到最小，也即为旋转棋子的平衡位置。在上述旋动过程中，弹性件25的端部的运动轨迹即为曲形凹槽的曲线。可选地，弹性件25为弹簧。

本实施例以旋转棋子三色等分变色为例，具体说明双头锥齿轮的曲形凹槽的控制曲线。如图5所示，曲形凹槽的控制曲线满足：

其中，a为所述弹性件与所述曲形凹槽的接触点的摩擦系数；

b为所述弹性件与所述通道之间的摩擦系数；

c为所述双头锥齿轮的转轴与所述第一支撑杆之间的摩擦系数；

ρ为所述弹性件与所述曲形凹槽的接触点到对应的所述转轴的轴心之间的向径；

ρ_a为所述弹性件与所述曲形凹槽的接触点为转折点时接触点到对应的所述转轴的轴心之间的向径；

r为所述转轴的半径；

α为所述曲形凹槽的切线与所述向径的夹角；

X为所述弹性件的弹性伸缩量；

λ为所述弹性件的弹性系数。

下面结合图8至图14具体说明本实施例的双头锥齿轮的曲形凹槽的控制曲线的推导和计算过程。

如图8至图10所示，假设双头锥齿轮形成的系统为Q、弹性件为P，在没有弹性件的前提下，若使系统Q转动，应克服的阻力矩为M。

当设置弹性件P时，弹性件P产生弹簧力E，使系统Q沿逆时针方向转动。

假设弹性件P与曲形凹槽的作用点为设定点，B为设定点处弹性力E在垂直于曲形凹槽的径向上的正压力，弹性件P在设定点处的摩擦力为Bb，α为设定点的切线与曲形凹槽的向径之间的夹角；A为弹性件与通道之间的正压力，Aa为弹性件与通道之间的摩擦力；C为转轴对系统Q的正压力，Cc为转轴与系统Q之间的摩擦力。

在设定点处，弹性件在y轴方向的受力为：E＝Bsinα+Aa+Bbcosα；弹性件在x轴方向的受力为：Bcosα＝A+Bbsinα；

系统Q在y轴方向的受力为：C＝Bsinα+Bbcosα；

系统Q受到的力矩为：Bρcosα＝Bbρsinα+Ccr+M；

求得

如图11至图13所示，在存在弹性件时，设使弹性件从ρ_a处向ρ_o处沿着受控轨道匀速运动时对系统所施加的外力矩为N。

弹性件在y轴方向的受力为：Bsinα＝E+Aa+Bbcosα；弹性件在x轴方向的受力为：A＝Bcosα+Bbsinα；

系统Q在y轴方向的受力为：Bsinα＝C+Bbcosα；

系统Q受到的力矩为：N＝Bρcosα+Bbρsinα+Ccr+M；

求得

将代入上式可得

其中α为自变量，N为因变量，对N求导数；当施加的外力矩N最小时，N’＝0，求得设

如图14所示，精度的求出曲形凹槽的控制曲线，可通过微分方法求得。

设当n值越大，计算结果越准确。

根据圆锥齿轮端面的尺寸可以确定ρ_o的值，由于ρ_o为已知数，根据上式可求得α_o、

根据红色微分三角形得依次类推，得就这样循环往复直到求得ρ_n，

极坐标点(ρ₀,0)、(ρ₁,δ)、(ρ₂,2δ)...(ρ_n,β)。

弹簧自动控制应在受控曲线的凹处，不应该在曲线的凸处，只有这样才能使受控件在整个过程中受到波动不大，近似等力矩作用。

如图11至图13所示，设E_a＝Xλ，E_a是ρ_a处的弹簧受力，X是ρ_a处的弹性伸缩量，λ是弹性件的弹性系数，因此E₀＝(X+ρ_a-ρ₀)λ₀。

在ρ_a、ρ₀两处，弹簧力应当能够克服力矩M。

E_a＝Xλ，E₀＝(X+ρ_a-ρ₀)λ₀，得此弹性件参数λ、X被确定了。

此弹簧从ρ₀处向ρ_a处沿着受控轨道(即受控曲线、控制曲线)匀速运动，在每一处对系统所产生的力矩为M_p， 用算法语言求出在ρ_o→ρ_a之间的极值。

如图11至图13所示，系统存在控制机构弹性件时，使弹性件从ρ_a处向ρ₀处沿着受控轨道匀速运动在每一处对系统所施加的外力矩N_q应该为多少？

用算法语言求出在ρ_o→ρ_a之间的极值。

如果此弹簧从ρ₀处向ρ_a处匀速运动在每一处对系统所产生的力矩均为M，受控轨道将发生变化。

将代入上式求得：

根据上式条件可用微分方法和算法语言精确求出新的控制曲线(轨道)，

如图11至图13所示，系统存在控制机构弹性件时，使弹性件从ρ_a处向ρ₀处沿着受控轨道匀速运动在每一处对系统所施加的外力矩N_u应该为多少？

用算法语言求出在ρ_o→ρ_a之间的极值。

最后比较与的大小来决定用一个曲线作为轨道控制线。

如图15至图22所示，示出了理想状态下，对应的弹性性和系统的参数曲线。

实施例二

本实施例提供一种立体围棋，包括棋盘架和多个实施例一中的棋子。棋盘架包括多个呈三维网格状排布的定位杆件，多个旋转棋子通过支撑架一一对应地连接于多个定位杆件的交汇处。具体地，旋转棋子通过支撑架的沿三维方向延伸的第一支撑杆接入棋盘架内，使旋转棋子一一对应地连接于多个定位杆件的交汇处，通过旋动旋转棋子，改变旋转棋子的颜色，实现立体围棋的博弈。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。