具有可重新配置路径的空间迷宫

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月18日提交的美国临时申请62/719,633的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及三维迷宫。更具体地，本发明涉及玩具迷宫的设计和构造，其中迷宫的路径可通过玩具面板的旋转而重新配置。

背景技术

最早的迷宫由真实的墙壁构成，并在墙壁之间设有通道，玩家可以通过寻找从入口点到出口点的可行连续通道找到迷宫的解法。通常，在通道的许多路口，玩家有多种选择。如果玩家选择了错误的通道，他或她将遇到死胡同，不得不回溯到先前的路口以探索其他路径。迷宫游戏后来在纸上或游戏板上实现，例如，“墙壁”或障碍可以用实线表示，而“通道”可以用实线之间的间距表示。玩家只需在入口点和出口点之间画一条连续线，或沿通道移动一个小物体，即可解开这些迷宫。这样的迷宫也可以在计算机上容易地实现，并且玩家可以通过使用指示设备绘制路径来演示迷宫解法。从概念上讲，这些迷宫本质上都是二维的。

新一代的玩具和游戏通过把多个二维迷宫组合起来构成三维迷宫。例如，多层的二维迷宫，可以通过在二维迷宫上加孔或在二维迷宫之间加隧道/通道来实现层间连接的机制。还有三维迷宫，通道可能在不同的空间方向上延伸。例如，立方体迷宫玩具，其立方体的每个面都包括固定的迷宫图案，并且立方体的边缘和/或角处的通道可以跨越不同的面，以便可以操纵小物体在这些不同的面上移动达到终点。

还有一些三维迷宫主要是通过考验机械操作技能而不是寻找解法路径来挑战玩家。例如，

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种空间迷宫，其包括多个外面板(或外表面)。这些外面板中至少两个外面板分别含有至少一段路径段。一个位置显示物可以沿着该两个外面板中的至少一段路径段上移动。每个外面板都可以独立于其它任何外面板旋转，并且该旋转不改变其它外面板中的任何路径段。本迷宫的外面板上的路径的设计使得存在至少一个将其中至少一个外面板旋转的操作序列，该操作序列可允许将该位置显示物从一个预设的起点从该至少两个外面板中的各自的至少一段路径段沿着一个连续的路径移动到达一个预设的终点。

在本空间迷宫的一些实施例中，该至少一个路径段可以由路径段所在的外面板上的切口来定义。

在一些实施例中，该至少一个的路径段可以由在视觉上的不同来定义，比如路径段不同于所在的外面板的其它部位的元素，特性和特征等。

在一些实施例中，本空间迷宫包括一个核心结构，多个外面板连接到这个核心结构上。核心结构可以由多个块状结构装配在一起，或者由多个表面结构装配在一起。在其他实施例中，核心结构可以包括多个杆/管，用来连接到外面板上的相应的耦接结构(例如，管/杆)。

在一些实施例中，本空间迷宫的外面板可以通过一个中间面板连接到核心结构上。在一些其他实施例中，外面板可以不用中间面板而直接连接到核心结构上。

在一些实施例中，外面板可以使用顺磁性材料或磁性材料。

在一些实施例中，每个外面板具有相同数量的侧面。在其他实施例中，并非所有的外侧面具有相同数量的侧面。

在一些实施例中，每个外面板具有正凸多边形的形状。

在一些实施例中，每个外面板使用数字触摸屏。

在一些实施例中，至少一个路径段可以由可视数字标记定义。

在另一方面，本发明提供了一种空间迷宫，其包括多个外面板，这些外面板中至少两个外面板分别含有至少一段路径段。每个外面板都可以独立于其它任何外面板旋转，并且该旋转不改变其它外面板中的任何路径段。该迷宫的该至少两个外面板上的路径的设计使得存在至少一个将其中至少一个外面板旋转的操作序列，该操作序列可允许将一位置显示物从一个预设的起点从该至少两个外面板中的各自的至少一段路径段沿着一个连续的路径移动到达一个预设的终点。

附图说明

图1A示意性地描绘了根据本发明的一些实施方式的空间迷宫(迷宫玩具)。

图1B示意性地描绘了根据本发明的一些实施例的空间迷宫，其包括可以耦合至该空间迷宫的外面板的路径段的位置显示物。

图2显示了图1中所示的空间迷宫的6个外面板的路径段。

图3A和3B从不同角度示出了根据本发明的一些实施例的用于空间迷宫的核心结构的基本构造块310。

图4A示出了根据本发明一些实施例的空间迷宫的核心结构。图4B示出了核心结构的中心圆形空隙的剖视图。

图5A-5D示出了根据本发明一些实施例的将六个固定板组装到空间迷宫的核心结构上的演示过程。

图6A和6B示出了根据本发明的一些实施例，如何将外面板装配到预先组装到空间迷宫的核心结构上的中间面板。

图7A和7B示出了根据本发明一些实施例的空间迷宫的其它构造方式。

图8A描绘了根据本发明一些实施例的可用于构造空间迷宫核心结构的表面结构。图8B以不同角度示出了图8A的表面结构。图8C示出了由图8A(或图8B)所示的6个表面结构组成的核心结构。

图8D描绘了根据本发明一些实施例的可用于构造空间迷宫的核心结构的另一种表面结构。图8E示出了由图8D所示的6个表面结构组成的核心结构。

图9A示出了处于初始状态的本发明空间迷宫的一个例子的二维展示(空间迷宫的6个面已经被“展平”以更好地示出每个面上的路径)。图9B描绘了从图9A中所示的初始状态将面B逆时针旋转90度之后的空间迷宫。图9C描绘了从图9B所示的状态将面B旋转180度之后的空间迷宫。

具体实施方式

本发明提供了一种通过操纵玩具的外表面而不断重建动态路径的三维空间迷宫玩具。解开此迷宫不仅需要游戏者研究玩具每个外表面上的路径，还需要游戏者考虑这些路径在三维空间的彼此连接以及整体路径的变化。因此，本发明玩具对玩家的解决问题能力提出了更强的挑战，同时也增加了游戏的趣味性。

如图1A所示，本发明的空间迷宫100包括多个外面板110A(顶部)，110B(右面)，110C(正面)，每个外面板具有正多边形的形状。在图1A中，空间迷宫100具有正立方体的整体形状，其中每个面板是正方形(具有4个侧面或边缘)。对于至少两个外部面板，每个面板包括至少一个路径(或通道)段，位置显示物(或移动块)可以沿着该路径(或通道段)移动。例如，如图1A所示，外面板110A具有两个路径段：110a-p1和110a-p2；以及两个路径段。外面板110B具有三个路径段：110b-p1、110b-p2和110b-p3。外面板110C具有三个路径段：110c-p1、110c-p2、110c-p3。

每个外面板中的一个或多个路径段可以是各种形状，但是不互相交叉。而且，路径段可以具有不同的形式。如图1A所示，路径段通常可以由外面板上的切口来定义。路径段也可以由其它形式来定义。例如，路径段可以由标记线，凹槽，凹陷，压纹，夹在壁或标记线中的通道等在视觉上不同于外面板的其余部分来定义，使得相对应的位置显示物可与之耦合并可沿着路径段移动。

位置显示物可以是与路径段相耦合并可以沿着路径段移动的固体物体。如图1B所示，在一个实施例中，位置显示物191(在两个不同的位置展示)具有以下形状，该形状具有扩大的底部和扩大的头部以及在其之间的“腰部”部分，该腰部可与狭缝相耦合，露出的头部从路径段伸出，以便于手动操作。注意，在图1B中，图1A中所示的面板110B已被移除，从而将中间面板暴露在下面，这将在下面进一步描述。

图2示出了图1中所示的立方体玩具的6个外面板中的所有路径段(图1未显示外面板110D，110E，110F，它们在背面，从视图中看不到)。

构造和/或组装本发明的玩具迷宫的方式有很多。图1所示的玩具迷宫可以参照图3-7以某种方式组装。图3A和3B示出了用于玩具迷宫的核心结构的基本构造块310。可以将四块构造块310组装在一起以形成图4A所示的核心结构410，每个面都有一个中央圆形空隙420，该空隙具有呈阶梯状的结构，包括第一/顶部421和第二/底部422，如图4B的横截面图所示。

然后，如图5A所示，将六个中间面板510A，510B，510C，510D，510E和510F分别组装到已组装好的核心结构410上。这是通过将每个中间面板的一部分插入核心结构410相应的圆形孔中来完成的，如图5B，5C和5D所示。如图5B-5D所示，中间面板510A(510B)包括中央圆形台511A(511B)，该中央圆形台511A(511B)具有与核心结构410上的圆形空隙420的阶梯结构互补的阶梯状构造。同样，中间面板510C和510D也包括中央圆形台。因此，通过将中间面板的圆形平台放置在核心结构410相应的圆形孔中，可以将中间面板与核心结构410组装在一起(如图5D所示)。核心结构的空隙420和中间面板的圆形台阶成核心结构410和中间面板之间的配合联接。由于空隙420s和中间面板的圆形中心级的圆形构造，每个中间面板可沿着轴线的方向(即垂直于面板平面)自由旋转。

如在图6A中进一步展示的，外面板110A，110B和110C各自通过联接到图5C所示的孔洞530而安装在相应的中间面板上。如图6B所示，外面板110B的内侧包括四个突出部535，突出部535的尺寸和构造被设置为与孔洞530接合，由此外面板110B可被组装到中间面板510B上。

在上面的图示中，相应的外面板是与相应的中间面板分开的不同结构，同时可以与相应的中间面板组装在一起。当然，每个外面板和匹配的中间面板也可以永久地连接或制造为一个整体。

在空间迷宫的一些实施例中，核心结构可以用不同方式构造，并且可以不需要中间面板。例如，如图7A和7B所示，外面板710A，710B，710C可各自具有从面板的内侧延伸的连接圆柱管(711A，711B，711C)，其另一端与核心结构耦合。核心结构720具有多个圆柱形连接杆720A，720B，720C。以这种方式，每个外面板可以沿着相应的圆柱形连杆旋转，并且面板中的路径段也将随之旋转。

在本发明的空间迷宫的所描述的实施例中，任何一个外部面板的旋转独立于其它外部面板，而且该旋转不改变其它外部面板中的任何路径段。

在传统的二维迷宫游戏中，玩家试图找到从预设的入口点到预设的出口点之间的路径。类似的，本发明的玩具迷宫游戏的目的是寻找从一个外面板上的预设起始点到相同或不同的外面板上的预设终点的路径。然而，由于本玩具迷宫的三维性质和每个外面板的可旋转性，本发明的玩具迷宫具有更高的复杂度。本迷宫的外面板上的路径段的设计使得存在至少一个对外面板旋转的操作序列，该操作序列允许将该位置显示物从一个预设的起点从该至少两个外面板中的路径段沿着一个连续的路径移动到达一个预设的终点。

如图1-7中所示并且参考本发明的立方体玩具迷宫，每个外面板中的每个路径段在相应外面板的边缘/侧面上具有至少一个入口(或出口)点。，当两个相邻的外部面板对齐时，路径段可以与相邻的外部面板上的路径段相连接，从而形成跨越两个相邻的外部面板的连续路径。为了使移动块从一个外面板横穿到另一个外面板，中间面板的边缘以及玩具的核心结构可以在边缘上设置有许多相通的桥或隧道(如各图所示)(例如，图6B中标记了核心结构上的桥580和中间板上的桥590)。桥可以是有特定横截面的切口的构造，该特定横截面可以与移动块的形状相互补，这允许移动块从一个外面板的路径段平滑地滑出，穿过桥，然后滑入相邻外面板的路径段，而不会脱离空间迷宫。在这些图示中，外面板比相应的中间面板略小，中间面板比核心结构的相应面稍小，使得外面板上的路径段，中间面板上的桥以及核心结构上的桥可以形成连续的路径，以使移动块能够通过。在迷宫的其他构造形式中，可能不需要桥。

如图8A-8C所示，本发明的立方体玩具迷宫910的核心结构可以由6个相同的表面结构810构成。每个表面结构810包括平面部分820，以及两个相同尺寸的相对边缘部分850a和850b。从平面部分820弯曲90度并从平面部分延伸出宽度W1。在两个接片部分850a/850b分别布置9个平行桥880，每个桥包括从平面部分820的入口/出口点和在弯曲的接片部分850a/850b上的出口/入口点。另外，每个表面结构810包括在平面部分820上的四个相同尺寸的突出突片810a，810b，810c和810d，其中突片810a和810b彼此相对并且各自从边缘延伸出第一凸片部分850a的距离为W1，并且沿边缘延伸的凸片810c和810d与第二凸片部分850b的距离也为W1。当组装6个表面结构810时，每个表面结构的边缘部分850a(具有长度L1)被装配在两个突出突片810b/810c(具有长度L1)之间的间隙中，并且该边缘部分每个表面结构(长度为L1)的850b被装配在另一个相邻的表面结构(长度为L1)的两个突出突片810a/810d之间的间隙中。以这种方式，构建了立体迷宫的核心结构。表面结构可以简单地通过摩擦而彼此接合，或者它们可以根据结构材料通过粘合剂，热焊接或本领域中已知的其他技术彼此接合。

如图8A-8C所示，表面结构810的中心可以包括圆形空隙830。这可以允许与外面板(或要安装外面板的中间面板)的中央圆形联接台/旋钮或类似的联接机构(例如，如图5B-5D所示)配合。联接台可以由韧性材料或可逆地可折叠/可扩展的结构制成，从而可以在组装迷宫核心结构之后插入联接台。

在其它实施例中，图8A至图8C所示表面结构的孔可以具有不同形状的中央空隙，例如图8D和图8E所示，其中核心结构911的每个表面结构811包括哑铃状的空隙，该哑铃状的空隙包括中央的圆形空隙831和第二个圆形空隙832，空隙832通过“通道”与中心圆形空隙831相连，该“通道”的宽度小于空隙831和空隙832的直径。这种构造可以容易地插入圆形联接台/旋钮或类似的联接器外面板(或要安装外面板的中间面板)上的机械装置(例如，如图5B-5D所示)，方法是通过较大的空隙832插入圆形台，然后将圆形连接台滑动到较小的空隙831作为目的地，安装后的外面板可以自由旋转。

图9A至图9C示意性地展示了一例立方体迷宫，该立方体迷宫被“展平”在二维空间上，展示出了6个面(即，面A，面B，面C，面D，面E和面F)。所示的每个面都可以视为外面板和下面的中间面板的组合。每个面都有4个侧面或边缘，每个边缘有9个桥(990)，移动块穿过这些桥移动到相邻的面。每个边沿上的这些桥都从1到9顺时针编号。每个面都可以如前所述旋转。由于每个面都与其他四个面相邻，因此任何特定面上的每个边缘都有机会通过旋转一个或多个相邻面在每个步骤中遇到16个不同的边缘。当一个面上的路径段连接到另一面上的路径段，并且两个路径上的数字加起来为10时，即可将移动块从一个面上移动到另一个面上。

在图9A-9C中，为了简化说明，仅三个面包含路径段(面A上的p11和p12；面B上的p20；面C上的p30)，移动块“P”位于图9A中的“开始”位置。为了解开这个迷宫，玩家可以执行以下操作：

(1)将面B逆时针旋转一次(即旋转90度)，然后将移动块“P”从面A穿过路径段p11，通过桥号3移到面B桥号7(3+7＝10)，经过面B上的路径段p20，然后经过面B的3号桥到面C的7号桥(3+7＝10)，经过面C上的路径段p30，最后它可以到达面3的桥C处(参见图9B)。

(2)将面B顺时针旋转两次(即，旋转180度)，然后通过路径段p20将移动块“P”从面C的桥数3移到面B的桥数7(3+7＝10)。在面B上，然后通过面B的桥号3到面A的桥号7(3+7＝10)，然后通过面A上的路径段p20，最后可以将其移动到面A上的“完成”位置(参见图9C)。

下面是一种设计立方体迷宫玩具的表面上的路径或通道的方法。首先在每个面上，可以选择不同数量的桥，还可以选择哪些路径可以相连通。对于9桥的迷宫(每个边上有9个桥)，每个面都有100,000种以上的可能路径设计可供选择。六个面总共将有10的30次方个以上的路径设计组合，而这10的30次方个组合中的每一个都是一种可能的迷宫设计。可以编写计算机程序来计算所有可能的迷宫设计。对于10的30次方种设计中的每一种，程序都可以通过试错法进行所有可能的旋转，以确定是否存在连接起始位置和结束位置的成功路径。然后，程序可以记录所有成功的设计以及解法路径，并将它们存储在数据库中。最后，可以根据难度从数据库中选择一个迷宫设计。当然也存在其他方式设计迷宫路径。

在一些实施例中，本发明的玩具迷宫的外面板可以是多边形。在一些实施例中，所有的外面板可以是同一类多边形。例如，空间迷宫的整体形状可以是凸的正多面体之一，即柏拉图实体，包括正四面体(4个等边三角形的外表面)，正立方体(6个正方形的外表面)，正八面体(8个等边三角形的表面)，正十二面体(12个等边五边形的外表面)；和正二十面体(20个等边三角形的外表面)。在一些实施例中，并非所有的外面板都属于同一类别的多边形。例如，空间迷宫可以采用截头二十面体的整体形状，这样的实体几何图形具有12个正五边形的面和20个正六边形的面。再举一个例子，空间迷宫可以采用截顶四面体的整体形状，它具有4个正六边形面和4个等边三角形面。

用于构造本发明的空间迷宫的材料可以是塑料，金属，木材或任何其他合适的材料，或它们的组合。可以通过注模，3D打印或其他合适的技术来制造空间迷宫的各个部件。

移动块可以具有不同的构造成形状，以及不同的材料。例如，移动块可以由磁性材料构成，外面板由对这种磁性材料具有吸引力的材料(例如顺磁性材料)构成，移动块可以根据磁力作用简单地贴在外面板的表面上。或者，移动块可以由顺磁性材料构成或包括顺磁性材料，而外面板由磁性材料构成或包括磁性材料。

外部面板上的路径段也可以有不同的构造方式。在一些实施例中，外面板可以由数字屏幕(例如，LCD，LED，OLED等)构成，并且路径段可以由与显示屏幕的其余部分显示不同颜色或阴影的显示单元形成。在这种情况下，外面板的旋转也可以以虚拟方式完成，即外面板实际上没有物理旋转，但是外面板上路径段的图案可以通过输入控制信号来旋转。也可以通过数字触摸屏的操作方法来完成。在这种情况下，移动块还可以是触摸屏上的数字对象，通过例如用人的手指或数字笔触摸触摸屏来移动和操纵。

在一些实施例中，玩具迷宫不需要包括移动块。在这种情况下，只需用眼睛跟踪在面板上可在路径段上移动的“假想移动块”。

尽管已经出于说明的目的阐述了本发明的示例实施例，但是本领域技术人员可以想到这些实施例及其其他实施例的修改。因此，所附权利要求书旨在覆盖所有实施例，其不脱离本发明的精神和范围。