形状变化的游戏棋子.pdf

用于棋盘游戏中的游戏棋子(10，20)，其包括至少一个可变形部件(11，21)，输入端(12)和造形装置(13)，在输入端(12)处接收来自于外部控制单元(17)的输入信号，该输入信号代表特定形状或大小的游戏棋子(10，20)。造形装置(13)将输入端(12)与可变形部件(11，21)连接，以根据输入信号来改变可变形部件(11，21)的形状，从而得到特定的形状或大小的游戏棋子(10，20)。

权利要求书
1.  一种用于棋盘游戏中的游戏棋子(10，20)，其包括：
输入端(12)，用于从外部控制单元(17)接收输入信号，该输入信号代表特定形状和/或大小的游戏棋子(10，20)，以及
至少一个可变形部件(11，21)，
造形装置(13)，用于将上述输入端(12)与至少一个可变形部件(11，21)连接，以根据输入信号来改变可变形部件(11，21)的形状，从而得到特定形状和/或大小的游戏棋子(10，20)。

2.  如权利要求1所述的游戏棋子(10，20)，进一步包括向外部控制单元(17)发送游戏棋子信息的输出端(14)，所述游戏棋子信息包括一组以下信息中的至少一个：指示游戏棋子(10，20)的标识、指示游戏棋子(10，20)位置的地点以及指示游戏棋子(10，20)感测到的信息的传感器输出。

3.  如权利要求1所述的游戏棋子(10，20)，其中所述造形装置(13)构造成通过依次改变游戏棋子(10，20)的可变形部件(11，21)的相邻组(141-144)的形状，来移动上述游戏棋子(10，20)。

4.  如权利要求1所述的游戏棋子(10，20)，其中可变形部件(21)包括结点(32)和边(31)构成的框架，每个结点(32)连接至少两条边(31)，至少部分边(31)是可控的制动器边(40)，以及其中所述造形装置(13)构造成用于调整可控制动器边(40)的长度。

5.  如权利要求5所述的游戏棋子(10，20)，进一步包括用于覆盖框架外表面的可伸展材料。

6.  如权利要求6所述的游戏棋子(10，20)，其中可伸展材料仅仅被附着到结点(32)上。

7.  如权利要求5所述的游戏棋子(10，91)，其中所述框架封闭成一个空腔(92)。

8.  如权利要求8所述的游戏棋子(10，91)，其中所述空腔(92)包括所述造形装置(13)。

9.  如权利要求1所述的游戏棋子(10，20)，其中所述可变形部件(11)包括至少一个通道(110)，至少部分通道(110)的壁包括电极对(113，114)，所述造形装置(13)包括电压电源，用来在至少一对电极(113，114)的电极之间施加电压差，以使相应的通道(110)收缩或伸展。

10.  如权利要求9所述的游戏棋子(10，20)，其中所述壁包括弹性材料，该弹性材料用来在施加的电压差移除后使相应的通道(110)恢复成为初始的形状。

11.  如权利要求9所述的游戏棋子(10，20)，其中所述壁包括电绝缘材料，用于防止所述至少一对电极的电极之间的电接触。

12.  如权利要求9所述的游戏棋子(10，20)，其中所述壁包括聚合物层。

13.  如权利要求9所述的游戏棋子(10，20)，其中多个通道中的至少一个通道的横截面是六边形。

14.  如权利要求9所述的游戏棋子(10，20)，其中所述可变形部件(11)包括多个通道(110)，所述多个通道(110)中的每个通道(110)的壁包括相应的电极对(113，114)，其中所述造形装置(13)构造成用来单独地在每对电极(113，114)之间施加电压差。

15.  一种用于玩棋盘游戏的系统，包括
权利要求1所述至少一个游戏棋子(10，20)，
用于支持所述至少一个游戏棋子(10，20)的游戏棋盘(16)，
外部控制单元(17)，用于把输入信号发送到所述至少一个游戏棋子(10，20)的输入端(12)。

16.  如权利要求15中所述的玩棋盘游戏的系统，其中
所述游戏棋子(10，20)包括将游戏棋子信息发送到外部控制单元(17)的输出端(14)，所述游戏棋子信息包括一组以下信息中的至少一个：用来指示游戏棋子的标识、用来指示游戏棋子(10，20)位置的地点以及指示游戏棋子(10，20)感测到的信息的传感器输出，
所述外部控制单元(17)设置用来接收游戏棋子信息，以及基于游戏棋子信息提供输入信号。

说明书形状变化的游戏棋子
技术领域
本发明涉及一种用于棋盘游戏(board game)的游戏棋子(playing piece)，该游戏棋子包括从外部控制单元接收输入信号的输入端和基于输入信号改变游戏棋子外形的装置。
本发明更进一步涉及一种玩(play)棋盘游戏的系统。
背景技术
从一个尚未公开的专利申请可以了解这样的游戏棋子，该申请的申请号是EP05103952.7(代理案号PH 000431 EP1)。上述专利申请中描述了一个计算机控制的“兵”棋子(pawn)。游戏棋盘包括水平的显示器表面来支持这个棋子(pawn)。这个棋子的底面包括图像感测器，用来感测棋子底面下面的显示器表面上的控制图像。这个棋子进一步包括与图像感测器连接的控制装置，其用于根据控制图像控制棋子的外观和位置。发光二极管(LEDs)或者一个小的LCD显示器屏幕用来改变棋子的外观。一个或多个轮子用来相对于棋盘移动该棋子。
在传统的棋类游戏中，游戏棋子对于不同的游戏具有不同的形状和大小。通常在一个游戏中，不同形状和大小的游戏棋子具有不同的功能。对于上述专利申请中提及的“兵”棋子(pawn)，可以通过在LCD显示器屏幕上显示不同的图像来代表这些不同的功能。
发明内容
根据本发明的游戏棋子(playing piece)不同于以往游戏棋子的地方在于，输入信号代表游戏棋子的特定形状和/或大小，以及游戏棋子包括至少一个可变形(shapeable)部件和用于将输入端与至少一个可变形部件连接的造形装置(shapingmeans)，该造形装置根据输入信号来改变可变形部件的形状，从而得到游戏棋子的特定形状或大小。
当外部控制单元向游戏棋子发送输入信号时，造形装置指示可变形部件根据输入信号来改变形状。造形装置可以简单地将输入信号传递给可变形部件，可以将输入信号重定向到不同的可变形部件中，或者分析输入信号，并且基于上述输入信号产生用于改变可变形部件的大小和/或形状的指令。通过协调地地改变单个部件或一小组部件的形状，可以得到各种形状。部件的相对小的局部形状改变可以导致游戏棋子的完全变形(metamorphose)。由本发明所提供的可变形游戏棋子可在游戏中实现不同的功能，或者根据正在玩的游戏或者游戏中的功能改变其形状。这样不仅可以获得在多个游戏中使用的“电子地扩张的”游戏棋子的有限集合，而且通过给游戏棋子提供对应于其功能或真实游戏状态的外表和感觉来加强游戏体验。本发明的游戏棋子一个优点是，玩家不再必须给游戏棋子分类并且把他们放到游戏棋盘的起始位置。当每个游戏棋子变成对应于起始位置的形状之后，可以将其放置在游戏棋盘的任意开始位置上。
在一个优选的实施例中，游戏棋子进一步包括向外部控制单元发送游戏棋子信息的输出端，游戏棋子信息包括一组以下信息中的至少一个：指示游戏棋子的标识、指示游戏棋子位置的地点以及指示游戏棋子感测到的信息的传感器输出。外部控制单元会根据游戏棋子信息和/或游戏规则重塑(reshape)游戏棋子的形状。例如，传感器输出可能来自触觉传感器、声音传感器、温度传感器或光传感器。通过触摸游戏棋子或对游戏棋子发出声音，可以改变游戏棋子的形状。通过向外部控制单元提供游戏棋子信息，可以在游戏中使游戏棋子的形状适应外界或玩家控制的触发。
在一个特定的实施例中，造形装置(shaping means)被构造成用于依次地变换游戏棋子的可变形部件中的相邻组，用以移动该游戏棋子。这种游戏棋子会像蠕虫那样移动。
在一个典型的实施例中，可变形部件包括具有边和结点的框架，每个结点(node)连接至少两条边(edge)，至少部分边是受控制的制动器边40，其中造形装置被构造成用于调整受控动器边的长度。例如，上述框架可以是堆叠的多面体的集合，比如棱柱或四面体。通过协调地(coordinately)拉伸和收缩制动器边，可以得到大量的形状。
优选的是，游戏棋子进一步包括用于覆盖框架外表面的可伸展的材料。该可伸展材料例如橡胶可以使游戏棋子的表面变得光滑。不均匀的框架包括许多边和结点并且因此看起来不像传统的游戏棋子。可伸展的材料可以和框架一起收缩或扩展并且给游戏棋子一个更光滑和自然的外观和感觉。
在一个实施例中，框架(skeleton)封闭成一个空腔(cavity)。多面体(polyhedron)被排列在一起形成外壳。由于多面体在结构上是稳固的，因此排列成单一厚度，并在内部形成空腔。空腔可以包括造形装置(shaping means)、电源部件、灯、扬声器、感测部件或任何其他需要来执行和支持游戏棋子任务的部件。
在另一个典型的实施例中，可变形部件包括至少一个通道，至少部分通道的壁包括一对电极，该造形装置(shaping means)包括电压电源，用来在该至少一对电极之间施加电压差，以使相应的通道收缩和伸展。
当电压差施加在所有的电极对上时，所有的通道会由于静电力而收缩从而游戏棋子会变得更小。当电压差仅仅施加在一部分通道上时，仅仅部分通道会收缩，同时其他部分仍然扩展。因此，游戏棋子的形状会发生改变。通过协调地地收缩特定的通道，可以得到期望的形状。
在一个实施例中，壁包括在施加的电压差移除后用来把相应的通道恢复到初始形状的弹性材料。
可替换地，壁包括电绝缘材料，用来防止至少一对电极之间的电接触。在收缩的状态下，可以将相同的电压施加到电极对的两个电极上。在这种情况下，静电力会导致通道的扩张。如果没有电绝缘材料，当通道收缩时，电极之间会发生电接触，也就不可能在电极对上施加不同的电压。
在一个优选的实施例中，可变形部件包括多个通道，多个通道中的每个通道的壁都包括相应的电极对，并且其中所述造形装置被构造成用来在每对电极之间独立地施加电压差。
当独立地控制每个通道的收缩时，可以得到各种形状。
参考下文描述的实施例，本发明的上述和其他方面可以得到清楚的阐述。
附图说明
在图中：
图1显示了根据本发明的系统框架图，
图2显示了根据本发明的典型实施例的由棱柱组成的游戏棋子，
图3显示了可在根据本发明游戏棋子中使用的棱柱，
图4显示了可在根据本发明的游戏棋子中使用的可控制动器边，
图5a-d显示了两种不同形状的游戏棋子20的前视图，
图6显示了根据本发明的由棱柱组成的游戏棋子的典型实施例，
图7显示了根据本发明的由四面体(tetrahedron)组成的游戏棋子的典型实施例，
图8显示了在根据本发明的游戏棋子中使用的四面体，
图9显示了具有空腔的游戏棋子，空腔中包括控制部件。
图10显示了由四面体组成的球形游戏棋子，
图11显示了在游戏棋子中使用的蜂房状结构，
图12a-b显示了蜂房状结构的收缩，
图13a-c显示了根据本发明的三种不同形状的示例游戏棋子。
图14a-d显示了能够像蠕虫那样移动的游戏棋子。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的系统的框图。该系统包括游戏棋盘16和一个或多个游戏棋子10。优选的是，游戏棋盘16包括水平放置的显示器，在该显示器上可以显示多个不同的游戏棋盘布局。每个不同的游戏棋盘布局对应于不同游戏的玩法。此外，根据游戏规则和用户的互动，在游戏进行过程中游戏棋盘布局可能会改变。图1中的游戏棋盘16也包括控制单元17，用来处理来自或进入游戏棋子10的信息，以及用来按照游戏规则控制游戏过程。控制单元17包括从游戏棋子10接收信息的输入端19和向游戏棋子10提供信息的输出端18。控制单元17可以通过游戏棋盘表面与游戏棋子10进行通信，例如，使用电极或可视代码。可替换地，也可以通过无线，例如蓝牙或红外线通信装置，来实现通信。游戏棋盘16也可以是一个传统的纸板棋盘。在这种情况下，控制单元17可以包括在分离的单元中。分离的单元例如可以是个人电脑。一个包括了具有控制单元17的纸板棋盘的互动棋盘游戏的例子就是Ravensburger游戏中的“亚瑟王”的游戏。(http://www.kingarthur.de/)
游戏棋子(playing piece)10包括输入端12和输出端14，用于与控制单元17通信。成形装置(shaping means)13根据输入信号向可变形部件(shapeablesegment)11发出指令，以改变其形状。成形装置13可以向可变形部件11简单地传递输入信号，或者也可以把输入信号重新导向至不同的可变形部件11。优选的是，成形装置13包括处理器13，用于处理来自控制单元17的输入信号，和为游戏棋子10的可变形部件11提供指令以使之变形。
在一个实施例中，对该处理器进行编程以便依次变换游戏棋子的可变形部件中的相邻组，从而移动该游戏棋子。这种游戏棋子会像蠕虫那样移动。
在一个实施例中，可变形部件包括一个具有边和结点的框架，每个结点连接至少两条边，至少部分边是可控制的制动器边。在这里，可以对处理器编程以调整可控制动器边的长度。例如，上述框架可能是堆叠的多面体的集合，比如棱柱或四面体。通过协调地(coordinately)拉伸和收缩制动器边，可以得到大量的形状。
在本发明的一个最简单的实施例中，游戏棋子10仅仅包括一个可以收缩或伸展的可变形部件11。优选的是，游戏棋子10包括多个可变形部件11，该可变形部件的大小和形状都是可以调节的。此外，如果每个可变形部件可以被单独地重造形状，那么游戏棋子10可以呈现出各种形状。
可选的是，游戏棋子10包括感测元件15，该感测元件15可以感测触摸、声音、加速度、位置、温度、光线或任何其他与游戏系统相关的可测量数量。处理器13可以处理来自感测元件15的信号并改变游戏棋子10的形状。来自感测元件15的信号也可以通过游戏棋子的输出端部分14和控制单元17的输入端19与控制单元17进行通信。在这种情况下，来自感测元件15的信号会影响游戏的过程。
可变形部件11可以由可膨胀或可排空的单元组成，该单元可用气体或液体以微流体或其他可控的形式填充或排空，从而确定相关的大小和形状。其他用于控制可变形部件11的形状的技术如下所述。
图2显示了根据本发明典型实施例的由棱柱21组成的游戏棋子20。游戏棋子20由96个可变形(shapeable)的棱柱组成。在图2中，游戏棋子20的呈正方体形状。通过改变游戏棋子20中的单个棱柱21的形状，可以得到其他的形状。优选的是，游戏棋子20外表面被一种可伸展的材料覆盖，例如织物、橡胶或其它弹性聚合物。该可伸展材料可以使棱柱21框架的锐利的外表面变得平滑。该可伸展材料可以附着于外部棱柱21的角点，从而使可伸展材料与框架的形状较好地匹配。
图3显示了用于图2中的游戏棋子20的一个棱柱21。棱柱21由十二条边31组成，上述边31在8个结点32处连接。为了提供结构上的稳定性，将两个加固部件33连接到棱柱21上。至少有一个，但最好是所有的边31可以收缩和扩大。结点32最好是灵活可动的，以使边31之间的角度可以变化。通过改变一些边31的长度，可以改变棱柱的形状。
图4显示了可用作图3中棱柱21的边31的可控制动器边40。该可控制动器边40由41、42、43三个部分组成。第一部分41和最后一部分43与棱柱21的结点32连接。41、42、43三个部分通过滑块44相互连接。41、42、43三个部分的直径不同以提供“伸缩效应”。当所有的部分41、42、43相互切入在一起，可控制动器边40处于最短的收缩形式。当所有的部分41、42、43相互远离，可控制动器边40处于最长的扩张形式。滑块44可以用来扩张和收缩。可以使用各种技术来构造滑块44。例如，可以使用形状记忆合金(SMAs)。经过适当的加热过程，SMAs具有回到之前定义的形状的能力。低于其形变温度的SMA金属丝例如可以通过外部弹簧进行伸展。当加热金属丝时，例如通过电流以及其自身的电阻，金属丝可以恢复到原来的形状，其他可以使用的技术是，小压电摩擦驱动器或直流伺服电动机。
图5a-d显示了两种不同形状的游戏棋子20的前视图。在图5a中，游戏棋子20呈现原始的箱状。其外表面覆盖有伸展材料。在图5b中，在移除伸展材料的情况下显示了相同的游戏棋子20。可以看到棱柱21呈现其原始的立方体形式。响应于来自控制单元17的输入信号，再次改变游戏棋子20的形状，以代表一座房子。图5c显示了该房子的前视图。图5d显示了伸展材料被移除的房子。可以看到可变形的棱柱21的形状已经变成非立方体。由于所有单个棱柱21的形状的改变，游戏棋子20的形状也发生了改变。
图6显示了根据本发明的由棱柱组成的游戏棋子的典型实施例。也许要经过一些复杂的处理过程，但是即使是如图2和图5中所示的游戏棋子20也可以转变为图6所示的马60。马60也由多个棱柱61构成。可替换地，游戏棋子60可以具有马的形状。改变马60中棱柱61的形状可以使马60移动。例如，马60可以点头或摇尾巴或者甚至移动它的腿来前进一小段距离。
图7显示了根据本发明的由四面体71组成的游戏棋子70的典型实施例。图8显示了一个突出的四面体71的放大图。
图8显示了在根据本发明的游戏棋子中使用的四面体。像图3中显示的棱柱21那样，四面体71由结点(node)82连接的边(edge)81组成。对于一个四面体71，使用六个边81和四个结点82。这些边最好以图4中显示的可控制动器边40那样实现。
图9显示了根据本发明的另一种游戏棋子90。该游戏棋子90包括可变形的外壳91和空腔92。单层的多面体在结构上足够稳固，从而形成游戏棋子90的壳。用于制作游戏棋子90的多面体越少，需要控制的自由度的数目越小。更小数量的自由度导致更低复杂度的变形。例如，空腔92可以包括处理器13、灯、电源或扬声器。
图10显示了由四面体71组成的球形游戏棋子100。
图11显示了用于游戏棋子的蜂房状的结构。该种结构由相互堆叠的多个板111、112构成。在其中一部分，粘附层115将该结构粘附在一起。在另一部分，这些板相互分离从而形成一个六边形的通道110。在通道壁中，板111、112包括相应的电极113、114。板111和112的基础可以是所谓的PoIyMEMS(PolymerMicro Electro Mechanical System聚合物微机电系统)结构。可以使用双层复合结构，该结构包括聚合物薄膜(例如丙烯酸酯，acrylate)和导电膜(如铬)。
当电压差作用于电极113，114之间时，静电力会拉动板111、112相对运动并且通道高度会收缩。当电压差消失时，通道110能够恢复其原来的形状，例如，由于板111，112的弹性性能。可替换地，对电极113、114施加不同的电压，会导致排斥的静电力使通道110恢复到原来的形状。在一个优选的实施例中，板111、112具有初始的张应力的特征，也叫做预应变力，其范围在0～50mPa之间。压缩预应力的负值会导致板的的卷曲，这是不期望的。需要指出的是，如果在完全收缩的通道中的电极113和114被绝缘层分开，那么在其上施加电压差才有可能。当电极113和114有电接触时，它们就不会有不同的电压。优选的是，每个通道的壁包括一对电极，电压源被构造成用于独立地在每对电极113和114的电极113、114上施加电压差。当独立地控制每个通道110的收缩时，那么可以得到各种形状。可替换地，一小组通道110可以通过一对共同的电极被同时收缩或伸展。
图12显示了蜂房状结构的收缩。在图12a中，所有的通道110具有它们初始的六边形的形状。在图12b中，电压差施加在电极对上，以及所有的通道110被收缩。
图13显示了根据本发明的典型的三种不同形状的游戏棋子130。在图13中，电压差仅仅被施加在特定位置的通道的电极对上。通过在特定位置上使通道协调地压缩，可以得到各种形状。在图13a中，使立方体形状的游戏棋子130的左边部分131的通道和右边部分133的通道收缩，同时使中心部分132的通道扩展。这样就产生了汽车形状的游戏棋子130。在图13b中，使同样的游戏棋子130的左边部分131的通道和右边部分133的通道扩展，同时使中心部分132的通道收缩。因此游戏棋子130具有完全不同的形状。在图13c中再次显示了相同的游戏棋子130。其中仅仅使游戏棋子130的中心部分132的前面部分的通道收缩。通过收缩和扩展单个通道或一小组通道，各种形状可以被用于游戏棋子130。
图14显示了可以像蠕虫那样方式移动的游戏棋子140。在该游戏棋子140中，相邻部分141、142、143、144中的通道依次收缩和扩展，从而使游戏棋子像蠕虫那样移动。在图14a中，游戏棋子140处在其初始的位置。在图14b中，使游戏棋子140的第三部分143中的通道收缩。结果，第三部分143的宽度增加了。接下来，整个游戏棋子140的宽度也增加了。现在游戏棋子140在游戏棋盘145上需要有一个更大的区域。由于最前的两个部分141、142相对于游戏棋盘145的摩擦力大于第四部分144相对于游戏棋盘145的摩擦力，因此第四部分144被推向右边(如箭头所示)，同时最前的两个部分141、142停留在原来的位置上。在图14c中，使第二部分142中的通道收缩的同时使第三部分143中的通道扩展。这种形状变化对于游戏棋子140的总宽度没有影响并且游戏棋子140停留在原来的位置。在图14d中，第二部分142的通道被扩展并且游戏棋子140的宽度减小了。由于第一部分141相对于游戏棋盘145的摩擦力小于第三第四部分143、144相对于游戏棋盘145的摩擦力，因此第一部分被拉向右边(如箭头所示)同时最后两部分143、144停留在原来的位置。因此图14d中的游戏棋子140具有与图14a中的游戏棋子相同的形状并且移到了右边。通过这种蠕虫方式的移动，游戏棋子140可以在游戏棋盘上向任何方向移动。
应该指出的是，本发明并不限于上面提到的实施例，本领域技术人员可以在不超出随附权利要求的范围内设计出许多可替代的实施例。在权利要求中，放置在括号内的任何参考标记均不得解释为权利要求的限制。使用“包括”术语以及其变形并不排除那些没有在权利要求中出现的部件或步骤。在部件之前的“一个”(“a”or“an”)的表述并不排除多个这样的部件。本发明可以通过包括一些不同的部件的硬件装置来实现，以及通过适当编程的计算机来实现。在权利要求列举的一些装置中，其中一些装置可以通过一个相同种类的硬件来实现。起码的事实是，在互相不同的从属权利要求中所描述的一些手段并不意味着不能使用这些手段的组合来产生优点。例如，以多面体框架组成的游戏棋子的一部分描述的部件，也可以用于蜂房结构组成的游戏棋子中，反之亦然。