交互式平臺上物體按預設路線運動系統和方法
【專利摘要】本發明提供一種在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統和方法，包含移動物體，里面內置了唯一識別碼、運動模塊，以及形成清晰圖案的電容式標簽，標簽位于該移動物體上靠近與交互平臺接觸的那一面；交互平臺用于辨別位于其上移動物體的唯一識別碼和位置及方向；處理器與交互平臺指令及信息互通，通過跟蹤移動物體唯一識別碼、位置及方向，從而持續地、全程地指揮、追蹤、校正移動物體在交互平臺上沿預設路線運動。本方案用的是一種中央控制模式。這就讓移動物體內的硬件結構得到簡化，生產成本得以降低，從審美上看邏輯清晰、簡便易懂。
【專利說明】
交互式平臺上物體按預設路線運動系統和方法
技術領域
[0001]本發明涉及在一種電磁場交互式平臺上，對特定預制物體的運動進行感知、設定或控制的系統。
【背景技術】
[0002]讓棋子在一個棋盤上不借助玩家的干預而進行物理地移動，同時還能同人工智能對手(或其他不對棋子進行物理移動的玩家)進行對弈，獲取人工智能對手發出的動作的視頻信息并做出反應，這樣的技術目前是公知的。美國專利US 4398720 A機器人象棋，和美國專利US 7780513 B2機械臂棋盤系統，都描述了這么一種系統和方法:玩家與人工智能對手進行象棋博弈，其中機器人對棋子進行物理移動。這些現有技術中，機械臂連接到計算設備上，棋盤在運行時，與玩家進行信息交互，計算設備控制機械臂的接觸端來觸碰棋盤表面，以完成下棋的過程。用機械臂抓取棋子，這就帶來一些問題:
[0003]首先，從審美角度看，棋盤周邊添加一個機械臂是一個笨拙的設計；
[0004]其次，機械臂一次只能運作其機械構件去操控一枚棋子，這意味著相對于人員操控而言，這個人工智能選手的動作過于緩慢而笨拙。
[0005]人工智能選手不能同時移動多個棋子，這就是上述現有技術的主要缺陷。
[0006]美國專利US 8737035 B2—種電子設備的顯示器上的磁性移動物，披露了一種在限定區域內移動物體的方法。該方法為通過調整磁場來引導物體進行移動，磁場通過電子設備上的顯示器施加在上述磁性移動物上。然而問題在于，只能驅動單個的物體在該區域內運動。而且，無法判定物體移動的方向，這導致這種方法的應用嚴重受限。
[0007]中國專利CN102039045A披露了一種交互式平臺，通過其內置的射頻天線數組，對置于平臺上多個內置無線射頻辨識標簽的物體定位。美國專利US 20110272884 Al平面上搬運物體的方法，介紹了一個通過傳送機制讓物體在平面上得以搬運的系統。綜合上述兩個現有技術，能產生這么一個系統:根據計算機系統的指令，多個物體能在交互式平臺上移動。但是，該系統不能精準地對每個物體相對于交互式平臺的運動方向定位，也不能指揮物體沿著預設的路線運動，而該路線有時為直線，有時為彎曲的弧線。因此，該現有技術無法做到讓棋子進行圓滑的轉彎和沿著復雜的預設路線運動。
[0008]美國專利US 7245760 B2創建交互界面式平臺的機器人，披露了一種在一個預設面積的區域中能精準地改變位置和方向的機器人。該方案利用分布控制模式，這種模式要求每個運動物體有能力判定其位置和運動參數。該平臺上多個位置點上預先印上識別編碼數據，讓機器人自己通過圖像傳感器就能識別這些位置。雖然該專利解決了上述現有技術中的一些缺陷，但每一臺機器人內置的電子元件讓成本飆升，如果應用多臺這樣的機器人就讓整個棋藝玩具變得不太經濟。
【發明內容】
[0009]為解決上述現有技術中的各種不足，本發明提供一種系統及方法:在一個交互式平臺上跟蹤、引導一個物體改變其相對于該平臺的物理位置、方向，讓它精準地沿著預設路徑運動。
[0010]依照本發明，該系統包含:
[0011]—個物體，里面內置了唯一識別碼、運動模塊，以及形成清晰圖案的電容式標簽，標簽位于該物體上靠近與交互式平臺接觸的那一面；
[0012]—個交互式平臺，辨別位于交互式平臺上物體的識別碼和在任何位置及方向上的信息；
[0013]一個處理器，與交互式平臺指令及信息互通；
[0014]處理器，通過跟蹤物體的唯一識別碼、位置及方向信息，從而持續地、全程地指揮、追蹤、校正物體在交互式平臺上沿著預設路線運動。
[0015]交互式平臺下方內置了第一組高頻射頻天線陣，用于探測運動物體的唯一識別碼；以及一組電容傳感器的密集陣，用于探測運動物體的位置和方向。
[0016]系統進一步還含有第二組高頻射頻天線陣，且并不連接到任何閱讀器或電子通路，該天線陣中的每個天線覆蓋第一組高頻射頻天線陣的盲區。
[0017]物體進一步還含有一套微型數據處理單元，用以控制該物體的運動模塊。
[0018]處理器通過內置于物體和交互式平臺中的無線通訊模塊，來指揮物體的運動。
[0019]無線通訊模塊可以是2.4G赫茲模塊、藍牙模塊或WIFI模塊。
[0020]其中運動模塊含有控制物體向前或向后的驅動裝置，以及讓物體轉身的驅動裝置，以及電源。
[0021]其中處理器，收集并處理物體運動時的唯一識別碼、位置信息、方向信息，連續地、全程地構建動作指令、過程校正指令和動作完成通知。
[0022]其中系統進一步還含有一套設定物體運動路線的規則，該規則由本地服務器或遠程服務器來執行。
[0023]其中系統進一步還含有更多運動物體，這些物體的運動路線都由規則來限定。
[0024]這種在交互式平臺上指導物體按預設路線運動的系統運行的方法如下:
[0025]步驟1:
[0026]啟動；交互式平臺的處理器發送指令給物體的微控制單元，該單元記錄交互式平臺的主機號和主機地址，以及物體的設備號和設備地址，創建了主從關系，交互式平臺得以控制物體；
[0027]步驟2:
[0028]當物體放置于交互式平臺上時，電容傳感器陣和控制器讀取電容標簽的信息，然后發送電容耦合的數據給處理器；射頻天線陣和閱讀器獲取射頻識別標簽的唯一識別碼，把識別碼信息發送給處理器；
[0029]步驟3:
[0030]處理器根據所得到的電容耦合信息和唯一識別碼，計算物體的方向和位置；
[0031]步驟4:
[0032]預先制定物體運動路線和目的地等規則，通過物體和交互式平臺上各自的無線通訊模塊之間的信息發送/接收，處理器發送指令給微控制單元；這個指令包含交互式平臺的主機號和主機地址，以及物體的設備號和設備地址，還有運動模塊中馬達和控制器所需的驅動指令；微控制單元接受指令，確認該指令用于該物體，于是發送該指令給運動模塊；運動模塊依指令而啟動；
[0033]步驟5:
[0034]物體的運動導致電容標簽與電容傳感器陣之間的電容耦合產生變化，電容傳感器陣和控制器發送電容耦合信息給處理器；射頻天線陣和閱讀器再次獲取射頻識別標簽的唯一識別碼，以識別確認新位置和方向上的物體，然后把識別碼信息發送給處理器；
[0035]步驟6:
[0036]處理器得到上述信息后，計算出物體新的位置和方向，判定其是否到達指定目的地；如果沒到達，處理器則判定它是否處在正確的路徑、正確的方向上；如果物體不在正確的路徑或方向上，處理器則發出如步驟4中所述的新的指令，重復步驟4、5、6，直到處理器確定物體經相關路徑和正確的方向抵達指定目的地；
[0037]步驟7:物體抵達預設目的地后，結束。
[0038]本方案用的是一種中央控制模式。這種模式下，交互式平臺提取平臺上移動物體的唯一識別碼、位置和方向信息，從而引導它的運動。這就讓運動物體內的電子硬件結構極大地簡化，生產成本得以降低，從審美上看邏輯清晰、簡便易懂。
【附圖說明】
[0039]圖1是本發明中交互式平臺和多個移動物體的鳥瞰圖，為本發明的一個海戰棋的實施例；
[0040]圖2是圖1所示的海戰棋實施例的分層示意圖；
[0041]圖3為圖1和圖2所示的海戰棋實施例中交互式平臺和戰艦的剖面圖；
[0042]圖4為圖1、圖2和圖3所示的海戰棋實施例中交互式平臺上傳感器陣列和戰艦的鳥瞰圖；
[0043]圖5為各模塊之間的工作關系流程圖；
[0044]圖6以知名游戲“糖果樂園”為例進一步說明交互式平臺。
【具體實施方式】
[0045]本發明的在交互式平臺上指導物體按預設路線運動的系統，包含了:
[0046]—個物體，里面內置了唯一識別碼、運動模塊，以及形成清晰圖案的電容式標簽，標簽位于該物體上靠近與交互式平臺接觸的那一面；
[0047]—個交互式平臺，辨別位于交互式平臺上物體的唯一識別碼和在任何位置及方向上的信息；
[0048]一個處理器，與交互式平臺指令及信息互通；
[0049]該處理器，通過跟蹤物體的唯一識別碼、位置及方向信息，從而持續地、全程地指揮、追蹤、校正物體在交互式平臺上沿著預設路線運動。
[0050]以圖1為例。代表交互式平臺101的是海洋，在上面移動的物體102為微縮海軍船模，用來代表大航海時代(1650?1815年)的護衛艦或軍艦。部件103代表島嶼、巖石、珊瑚礁，用來模擬游戲中的戰略背景。
[0051]游戲中玩家的劇情任務是摧毀敵人的艦隊，或者護航。玩家面臨的敵艦隊由處理器遙控，比如人工智能體，或其他玩家，這些玩家并不對船模進行物理上的挪動。
[0052]玩海戰棋過程中，輪到玩家走棋時，他必須在棋盤上挪動這些船模棋子。這個動作可通過人工或遙控完成，也能通過聲控指令識別技術完成。
[0053]玩家對船模棋子的動作受諸多要素限定，比如:在回合制的游戲中，某一具體船模棋子的航程取決于預設船速、風速、風向。一條船的火力和戰損取決于諸如船型、損害類型、艦船與靶標的走向等因素。船的轉彎速度也是關鍵因素。船模棋子所有這些要素都各不相同，還依賴于芯片處理器運行所需的程序。
[0054]交互式平臺，也就是棋盤101下方內置了第一組高頻射頻天線陣，用于探測它上面的運動物體，比如玩家己方的船模102的唯一識別碼；以及一組電容傳感器的密集陣，用于探測運動物體，比如玩家己方船模102的位置和方向。當玩家完成了一個指揮艦船的動作，處理器則根據其他玩家或人工智能對手(扮演敵方)的指令，來指揮敵艦104移動，以回應玩家艦船102的動作。
[0055]從圖2可看出，交互式平臺101有四層。底層202位于最底部，起支撐作用。第二層203即高頻射頻天線陣和閱讀器，其功能是與內置于每一條單獨的船只102或104中的電子模塊進行無線通訊，以便識別其身份并指揮它移動。第三層204含有密集排列的電容傳感器陣404和控制器，以便通過與船上形成清晰圖案的電容標簽進行電容耦合，精確識別每條船只102或104的位置和方向。頂層205起覆蓋保護作用，還充作海戰棋的背景地圖。
[0056]系統進一步還可以同時含有第二組高頻射頻天線陣，且并不連接到任何閱讀器或線路。在探測運動物體，比如船模的射頻識別標簽時，以增加第一組天線陣盲區的電磁場場強的方式，施加第二組天線陣后，得以覆蓋第一組高頻射頻天線陣的盲區。
[0057]平臺上的移動物體，比如船模102里面還可以含有一套微型數據處理單元(或稱微型控制單元MCU)，用以控制該船模的運動模塊。
[0058]處理器通過內置于物體和交互式平臺101中各自的無線通訊模塊，來指揮物體的運動。這個無線通訊模塊可以是2.4G赫茲模塊、藍牙模塊、或WIFI模塊。
[0059]圖3表示船模102的唯一識別碼和位置信息如何被交互式平臺101 (棋盤)所確認，以及，處理器如何指揮船模102相對于交互式平臺101移動。
[0060]如圖3，當船模102(棋子)放在交互式平臺101上時，形成清晰圖案的電容標簽303處于船模102底部，與處于交互式平臺101的第三層204下的電容傳感器耦合。根據哪些電容傳感器探測到了電容變化這一信息，處理器得以推斷并判定船模102在交互式平臺101上的位置。處理器就此得以指引第二層203上離電容傳感器最近的感知到電容變量的射頻天線與船模102的電子模塊進行無線通訊，進而獲取船模102的唯一識別碼，即可判定船模102的唯一識別碼和交互式平臺101上的位置。
[0061]圖4進一步解釋了船模102在交互式平臺101上的方向是如何被確定的。船模102的底部嵌入了形成清晰圖案的電容標簽303。當船模102被放到交互式平臺101上時，這些電容標簽與傳感器陣404中的電容傳感器發生耦合。根據電容值產生變化的電容傳感器所形成的圖案，處理器得以判定船模在平臺101上的位置和方向。
[0062]上述處理器判定船模的位置、方向和唯一識別碼的流程，與任何一個玩家或人工智能體在平臺上操控船模的方式相同。
[0063]上述運動模塊含有控制船模102向前或向后的驅動裝置，以及讓船模轉身的轉向裝置，以及電源。當平臺上一個玩家用他的船模出完他的一步棋后，處理器則指令敵艦104依照預設的程序來做出相應動作。依前述，這些動作既可以是來自于人工智能體，也可以是來自于另一個玩家的指令。參見圖3，可看到船模102內置了小馬達306、轉向裝置307、輪子308，以便讓船模響應由處理器發出、由船模102的電子模塊309接收的指令，以在平臺上準確移動。
[0064]棋盤平臺101上還可以含有更多船模在上面移動，這些船模的運動路線都由預先制定的算法而形成的規則來限定。
[0065]該實施例模擬的是大航海時代的海戰，所以船模彼此之間的方位是關鍵策略要素，比如船的側舷及其上的大炮面對著向它而來的敵艦時，即處于優勢。大航海時代的海戰中，風帆戰艦所處的風向是另一個關鍵要素。該游戲的實施例借此描述一條風帆戰艦利用其方位，以弧線或曲線的軌跡進行平滑轉向。參見圖1，加粗箭頭1、2、3表示船模102和104在轉向時沿著曲線軌跡運行。在這個場景還須編一個計算機程序來納入船模102、104的速度、弧度數值，計算出西風和船模102和104的內在轉彎屬性對這些值的影響。由于敵艦104處逆風，那么它的轉彎距離和角度都小于其處順風時，這就限制了敵艦在游戲中的可操控性。
[0066]圖5是本系統運行的方法流程的一個范例，步驟如下:
[0067]步驟1:
[0068]啟動；交互式平臺101的處理器503發送一個指令給船模102的微控制單元507 (即MCU507)，MCU記錄交互式平臺101的主機號和主機地址，以及船模102的設備號和設備地址。這就創建了主從關系，交互式平臺101控制船模102。
[0069]步驟2:
[0070]當船模102放置于交互式平臺101上時，電容傳感器陣和控制器505讀取到電容標簽303的信息，然后發送電容耦合的數據給處理器503 ;射頻天線陣和讀取器203獲取射頻識別標簽508的唯一識別碼，把識別碼信息發送給處理器503。
[0071]步驟3:
[0072]處理器503從步驟2得到的電容耦合信息和唯一識別碼，計算船模102的方向和位置。
[0073]步驟4:
[0074]基于提前制定的船模102運動路線和目的地相關游戲規則，通過2.4G通訊模塊506無線發送給2.4G通訊模塊510，處理器503發送指令給MCU 507。該規則可由本地服務器或遠程服務器來執行。這個指令包含交互式平臺101的主機號和主機地址，以及船模102的設備號和設備地址，還有運動模塊511中馬達和控制器的驅動指令。MCU 507接受指令，確認指令用于驅動船模102，于是發送該指令給運動模塊511。運動模塊511依指令而啟動。
[0075]步驟5:
[0076]船模102的運動導致電容標簽303與電容傳感器陣之間的電容耦合產生變化，電容傳感器陣和控制器505發送電容耦合信息給處理器503 ;射頻天線陣和讀取器203再次獲取射頻識別標簽508的唯一識別碼，以識別確認船模102，然后把識別碼信息發送給處理器 503。
[0077]步驟6:
[0078]處理器503收集并處理船模102運動時的唯一識別碼、位置信息、方向信息等上述信息后，計算出船模102的位置和方向，判定船模102是否到達指定目的地。如果沒到達，處理器503則判定它是否處在正確的路徑、正確的方向上。如果船模102不在正確的路徑或方向上，處理器503則發出如步驟4中所述的新的指令，重復步驟4、5、6，直到處理器503確定船模102經相關路徑和正確的方向抵達指定目的地。簡言之，即連續地、全程地構建動作指令、過程校正指令以及動作完成通知。
[0079]步驟7:物體抵達預設目的地后，游戲結束，給出結束通知。
[0080]圖6以“糖果樂園”為例子來描述本發明。交互式平臺101上壓印上了“糖果樂園”的棋盤圖案。該游戲不要求閱讀能力，計數能力也要求極少，所以特別適合兒童玩耍。該游戲的設計中，取消了戰略功能，玩家不必進行任何選擇，只需聽從指令，贏家只通過洗牌來確定。本實施例中玩家的小玩偶603和人工智能玩偶602比賽。這是回合制游戲。過程如下:
[0081]玩家把玩偶603、人工智能體把玩偶602放入“開始”方格內，游戲就算開始。玩家隨機抽取一個數字卡604，根據該數字來決定玩偶603在棋盤上推進多少格，即步數。玩家走完步數后，輪到人工智能體推進玩偶602走棋，路徑相同，步數隨機。玩偶抵達“終點”方格，則贏，這個回合制游戲則完成。交互式平臺101里面還有一個揚聲系統605，在游戲過程中根據各種動作發出聲響。
[0082]圖6中所描述的系統和方法與圖5近似。人工智能體走棋時，它指揮玩偶602沿著固定路徑運動，當它在路徑彎曲部時，等同于以曲線軌跡前進。圖6中可見，加粗箭頭608表示人工智能體走棋時，它控制的玩偶602以曲線方式行進。在這個場景中，玩偶602向前走三格，并沿著路徑改變了姿態，在這個彎道處，它逐漸調整方向，使自身面向路徑的前方。
【主權項】
1.一種在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 該系統包含: 一個物體，里面內置了唯一識別碼、運動模塊，以及形成清晰圖案的電容式標簽，標簽位于該物體上靠近與所述交互式平臺接觸的那一面； 一個交互式平臺，辨別位于所述交互式平臺上物體的所述唯一識別碼和在任何位置及方向上的信息； 一個處理器，與所述交互式平臺指令及信息互通； 所述處理器，通過跟蹤所述物體的所述唯一識別碼、位置及方向信息，從而持續地、全程地指揮、追蹤、校正所述物體在所述交互式平臺上沿著預設路線運動。2.按照權利要求1所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 所述交互式平臺下方內置了第一組高頻射頻天線陣，用于探測運動物體的所述唯一識別碼；以及一組電容傳感器的密集陣，用于探測運動物體的位置和方向。3.按照權利要求1或2所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 所述系統進一步還含有第二組高頻射頻天線陣，且并不連接到任何閱讀器或電子通路，該天線陣中的每個天線覆蓋所述第一組高頻射頻天線陣的盲區。4.按照權利要求3所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 所述物體進一步還含有一套微型數據處理單元，用以控制該物體的運動模塊。5.按照權利要求1、2或4所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 所述處理器通過內置于所述物體和所述交互式平臺中的無線通訊模塊，來指揮所述物體的運動。6.按照權利要求5所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 所述無線通訊模塊可以是2.4G赫茲模塊、藍牙模塊或WIFI模塊。7.按照權利要求1、2、4或6所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 其中所述運動模塊含有控制所述物體向前或向后的驅動裝置，以及讓所述物體轉身的驅動裝置，以及電源。8.按照權利要求7所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 其中所述處理器，收集并處理所述物體運動時的所述唯一識別碼、位置信息、方向信息，連續地、全程地構建動作指令、過程校正指令和動作完成通知。9.按照權利要求1、2、4、6或8所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 其中所述系統進一步還含有一套設定所述物體運動路線的規則，該規則由本地服務器或遠程服務器來執行。10.按照權利要求9所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統，其特征在于: 其中所述系統進一步還含有更多運動物體，這些物體的運動路線都由所述規則來限定。11.按照權利要求1、2、4、6、8或10所述的在交互式平臺上物體按預設路線運動的系統運行的方法，其特征在于: 步驟一: 啟動；所述交互式平臺的所述處理器發送指令給所述物體的微控制單元，創建主從關系，使得交互式平臺得以控制所述物體； 步驟二: 當所述物體放置于所述交互式平臺上時，所述電容傳感器陣和所述控制器讀取所述電容標簽的信息，然后發送電容耦合的數據給所述處理器；所述射頻天線陣和所述閱讀器獲取所述射頻識別標簽的唯一識別碼，把識別碼信息發送給所述處理器； 步驟三: 所述處理器根據所得到的電容耦合信息和唯一識別碼，計算所述物體的方向和位置； 步驟四: 預先制定所述物體運動路線和目的地等規則，通過所述物體和所述交互式平臺上各自的無線通訊模塊之間的信息發送/接收，所述處理器發送指令給所述微控制單元；這個指令包含所述運動模塊中馬達和控制器所需的驅動指令；所述微控制單元接受指令，發送該指令給所述運動模塊；所述運動模塊依指令而啟動； 步驟五: 所述物體的運動導致所述電容標簽與所述電容傳感器陣之間的電容耦合產生變化，所述電容傳感器陣和所述控制器發送電容耦合信息給所述處理器；所述射頻天線陣和所述閱讀器再次獲取所述射頻識別標簽的唯一識別碼，以識別確認新位置和方向上的所述物體，然后把所述識別碼信息發送給所述處理器； 步驟六: 所述處理器得到上述信息后，計算出所述物體新的位置和方向，判定其是否到達指定目的地；如果沒到達，所述處理器則判定它是否處在正確的路徑、正確的方向上；如果所述物體不在正確的路徑或方向上，所述處理器則發出新的指令，重復步驟四、五、六，直到所述處理器確定所述物體經相關路徑和正確的方向抵達指定目的地； 步驟七:所述物體抵達預設目的地后，結束，并給出通知。
【文檔編號】A63F3/00GK105983228SQ201510083343
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月10日
【發明人】施政, 理查德·迪金森
【申請人】施政