下棋機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及可根據(jù)棋盤布局，分析判斷走法，使用機(jī)械手移 動(dòng)看得見摸得著的實(shí)體棋子，與人對(duì)弈的機(jī)器人，具體為一種下棋機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國象棋起源于戰(zhàn)國時(shí)代，由棋盤和棋子組成，棋子紅方和黑方各16個(gè)子，棋盤 九縱十橫90個(gè)交點(diǎn)，棋盤上設(shè)"九宮"與"河界"，7個(gè)兵種中，將、仕不可出"九宮"，兵只可 前行，炮必須隔棋才可吃子，馬走日，象走田，行走多變，規(guī)則繁多，兩人輪流走子，以"將死" 或"困斃"對(duì)方將(帥）為勝?？梢詢扇水?dāng)面對(duì)弈，還可以通過互聯(lián)網(wǎng)兩人用鼠標(biāo)在電腦顯示 屏上移動(dòng)棋子遠(yuǎn)地對(duì)弈，也可以一人用鼠標(biāo)在電腦顯示屏上移動(dòng)棋子與電腦對(duì)弈，它不僅 能豐富文化生活，陶冶情操，更有助于開發(fā)智力，啟迪思維，鍛煉辨證分析能力和培養(yǎng)頑強(qiáng) 的意志，但人機(jī)對(duì)弈用鼠標(biāo)移動(dòng)棋子略顯不足，沒有真槍實(shí)彈、拿棋、運(yùn)棋、放棋的物理空間 動(dòng)態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決中國象棋人機(jī)對(duì)弈時(shí)存在的只能在電腦顯示屏上移動(dòng)棋子的問 題，提供了可與人下棋的下棋機(jī)器人。
[0004] 本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：下棋機(jī)器人，包括棋子、棋盤、螺旋數(shù)據(jù)采 集器、機(jī)械手和其內(nèi)存儲(chǔ)有棋譜的PLC控制器， 每個(gè)棋子底面上開有定位盲孔，頂面上設(shè)有一層鐵板，每個(gè)棋子底面上還設(shè)有33個(gè)動(dòng) 觸點(diǎn)，該33個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)中包括1個(gè)主動(dòng)觸點(diǎn)和32個(gè)輔動(dòng)觸點(diǎn)，主動(dòng)觸點(diǎn)和32個(gè)輔動(dòng)觸點(diǎn)中的 一個(gè)觸點(diǎn)用導(dǎo)線連接，連接的主動(dòng)觸點(diǎn)和輔動(dòng)觸點(diǎn)作為棋子的識(shí)別觸點(diǎn)對(duì)代表一個(gè)棋子， 主動(dòng)觸點(diǎn)和不同的輔動(dòng)觸點(diǎn)用導(dǎo)線連接，代表不同的棋子，形成32種線路連接，代表32個(gè) 棋子； 棋盤上從1號(hào)交點(diǎn)到90號(hào)交點(diǎn)每個(gè)交點(diǎn)上都設(shè)有一個(gè)定位銷，定位銷周圍分布有33 個(gè)定觸點(diǎn)，該33個(gè)定觸點(diǎn)能和棋子上的33個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)配合，33個(gè)定觸點(diǎn)中包括1個(gè)主定觸點(diǎn) 和32個(gè)輔定觸點(diǎn)，主定觸點(diǎn)和每個(gè)輔定觸點(diǎn)都組成一個(gè)定觸點(diǎn)對(duì)，總共組成32個(gè)定觸點(diǎn)對(duì) 來對(duì)應(yīng)32個(gè)棋子的識(shí)別觸點(diǎn)對(duì)，整個(gè)棋盤90個(gè)交點(diǎn)位置，每個(gè)交點(diǎn)處有32個(gè)定觸點(diǎn)對(duì)，因 此，整個(gè)棋盤形成2880個(gè)定觸點(diǎn)對(duì)； 螺旋數(shù)據(jù)采集器包括螺旋升降機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、鎖存器、編碼器、外部電路和觸頭筒，觸頭 筒內(nèi)壁上從下到上螺旋分布有2880對(duì)觸頭對(duì)，2880對(duì)觸頭對(duì)對(duì)應(yīng)32個(gè)棋子在棋盤上出 現(xiàn)的90個(gè)交點(diǎn)位置，觸頭筒內(nèi)設(shè)置有編碼器、螺旋升降機(jī)和用于控制螺旋升降機(jī)的步進(jìn)電 機(jī)，螺旋升降機(jī)的搖臂的端部和觸頭對(duì)接觸(搖臂的端部有導(dǎo)電層)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上 連接有編碼器，編碼器的輸出端和鎖存器連接，外部電路包括蓄電池，蓄電池的正極和鎖存 器鎖存使能端LE連接，蓄電池正極和電阻R的一端連接，正極還通過繼電器J的常閉觸點(diǎn) J2和鎖存器的輸出使能端OE連接，電阻R的另一端通過繼電器J的常開觸點(diǎn)Jl和鎖存器 的輸出使能端OE連接，電阻R的另一端和1號(hào)交點(diǎn)處的主定觸點(diǎn)連接，1號(hào)交點(diǎn)處的32個(gè) 輔定觸點(diǎn)中的一個(gè)觸點(diǎn)和觸頭筒上的一個(gè)觸頭對(duì)中的一個(gè)觸頭連接，該觸頭對(duì)中的另一個(gè) 觸頭通過繼電器J的線圈和蓄電池的負(fù)極連接，1號(hào)交點(diǎn)處的32個(gè)輔定觸點(diǎn)中的另一個(gè)觸 點(diǎn)和觸頭筒上的另一個(gè)觸頭對(duì)中的一個(gè)觸頭連接，該觸頭對(duì)中的另一個(gè)觸頭通過繼電器J 的線圈和蓄電池的負(fù)極連接，依次類推，1號(hào)交點(diǎn)處的其余輔定觸點(diǎn)完成電路連接， 電阻R的另一端還和和2號(hào)交點(diǎn)處的主定觸點(diǎn)連接，2號(hào)交點(diǎn)處的32個(gè)輔定觸點(diǎn)中的 一個(gè)觸點(diǎn)和觸頭筒上的一個(gè)觸頭對(duì)中的一個(gè)觸頭連接，該觸頭對(duì)中的另一個(gè)觸頭通過繼電 器J的線圈和蓄電池的負(fù)極連接，2號(hào)交點(diǎn)處的32個(gè)輔定觸點(diǎn)中的另一個(gè)觸點(diǎn)和觸頭筒上 的另一個(gè)觸頭對(duì)中的一個(gè)觸頭連接，該觸頭對(duì)中的另一個(gè)觸頭通過繼電器J的線圈和蓄電 池的負(fù)極連接，依次類推，2號(hào)交點(diǎn)處的其余輔定觸點(diǎn)完成電路連接，同樣的其余交點(diǎn)處的 定觸點(diǎn)完成電路連接，即棋盤電路上的2880個(gè)定觸點(diǎn)對(duì)和對(duì)應(yīng)的2880個(gè)觸頭筒觸點(diǎn)對(duì)串 接； 機(jī)械手包括支座，支座上固定有大臂步進(jìn)電機(jī)，大臂步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上固定有機(jī)械 手大臂，機(jī)械手大臂的端部固定有小臂步進(jìn)電機(jī)，小臂步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上固定有機(jī)械手 小臂，機(jī)械手小臂的端部通過豎直桿固定有電磁鐵，機(jī)械手小臂的端部還設(shè)有定向管，定向 管內(nèi)活動(dòng)連接有豎直的滑桿，滑桿的底端固定有活動(dòng)電磁鐵； PLC控制器的輸入端和鎖存器的輸出端連接，PLC控制器的輸出端和大臂步進(jìn)電機(jī)、小 臂步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵、活動(dòng)電磁鐵和步進(jìn)電機(jī)連接，PLC控制器內(nèi)還存儲(chǔ)有棋盤上各個(gè)交點(diǎn) 大小臂轉(zhuǎn)角統(tǒng)計(jì)表。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，棋子放到棋盤上的一個(gè)交點(diǎn)上，棋子的識(shí)別觸頭對(duì)和棋盤 上的這個(gè)交點(diǎn)的與該棋子對(duì)應(yīng)的定觸頭對(duì)接觸，即將該交點(diǎn)處的電路接通，棋子離開棋盤 上的一個(gè)交點(diǎn)時(shí)，棋子將棋盤上的這個(gè)交點(diǎn)處的電路斷開，交點(diǎn)處的電路接通或斷開的信 號(hào)傳到外部電路，由PLC控制器控制的步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋升降機(jī)和編碼器同步旋轉(zhuǎn)， 螺旋升降機(jī)搖臂沿螺旋軌跡依次接通和斷開觸頭筒上的觸頭對(duì)，編碼器生成一系列碼值， 觸頭筒上的觸頭對(duì)接通和斷開的信號(hào)同時(shí)也傳到外部電路，觸頭筒上的觸頭對(duì)接通時(shí)外部 電路的電信號(hào)輸入鎖存器的輸出使能端0E，使編碼器發(fā)出的格雷碼有選擇地進(jìn)入鎖存器， 這樣進(jìn)入鎖存器的碼值就表示了棋子在棋盤上的信號(hào)。PLC控制器將掃描到的一系列格雷 碼值，異或邏輯運(yùn)算轉(zhuǎn)換成能運(yùn)算的二進(jìn)制碼值，每個(gè)二進(jìn)制碼值對(duì)應(yīng)一個(gè)PLC控制器內(nèi) 部的保持型輔助繼電器，通過邏輯運(yùn)算，得到若干個(gè)保持型輔助繼電器的并運(yùn)算的邏輯值， 這個(gè)邏輯值即為適時(shí)棋局狀態(tài)。將運(yùn)算結(jié)果與程序中預(yù)先設(shè)定的棋譜進(jìn)行判斷比較，選擇 一種合規(guī)的最優(yōu)的走法即走哪個(gè)棋，從什么地方走到哪里，驅(qū)動(dòng)預(yù)先編制的程序中設(shè)定的 機(jī)械手對(duì)應(yīng)動(dòng)作，可編程控制器發(fā)出脈沖指令，控制機(jī)械手大臂步進(jìn)電機(jī)和機(jī)械手小臂步 進(jìn)電機(jī)各按一定旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)一定角度(該旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度可根據(jù)交點(diǎn)大小臂轉(zhuǎn)角統(tǒng) 計(jì)表確定，機(jī)械手在每次完成移動(dòng)后回到初始位置，等待下一次移動(dòng))，完成水平方向棋子 的搬運(yùn)，PLC控制器的定時(shí)器和輸出繼電器控制機(jī)械手電磁鐵和活動(dòng)電磁鐵，完成垂直方向 拿起放下棋子的搬運(yùn)。
[0006] 觸頭筒上的2880對(duì)觸頭對(duì)對(duì)應(yīng)32個(gè)棋子在棋盤上出現(xiàn)的90個(gè)交點(diǎn)位置，且每 個(gè)觸頭對(duì)和棋盤上的對(duì)應(yīng)交點(diǎn)處的對(duì)應(yīng)定觸點(diǎn)對(duì)連接在外部電路中，當(dāng)一個(gè)棋子擺放到棋 盤上的一個(gè)交點(diǎn)位置時(shí)，首先棋子的識(shí)別觸點(diǎn)對(duì)和這個(gè)交點(diǎn)的與該棋子對(duì)應(yīng)的定觸點(diǎn)對(duì)接 觸，即將該交點(diǎn)處的電路接通，僅當(dāng)螺旋升降機(jī)搖臂沿螺旋軌跡旋轉(zhuǎn)到該棋子在該交點(diǎn)位 置對(duì)應(yīng)的觸頭對(duì)時(shí)，鎖存器的輸出使能端OE為低電平，編碼器發(fā)出的與該棋子在該交點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的格雷碼有進(jìn)入鎖存器，這樣進(jìn)入鎖存器的碼值就表示了棋子在棋盤上的信號(hào)，其余棋 子在棋盤上的位置信號(hào)用同樣的方法進(jìn)入鎖存器，進(jìn)而被PLC控制器讀出當(dāng)時(shí)的棋盤狀 體。
[0007] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了人用手拿起棋子、水平移動(dòng)棋子、放下棋子，即走一步棋，隨后機(jī)器 人用機(jī)械手拿起棋子、水平移動(dòng)棋子、放下棋子，接著走一步棋，從布局、中局、到殘局，最 終，人與下棋機(jī)器人決出勝負(fù)或平局，解決了中國象棋人機(jī)對(duì)弈時(shí)存在的只能在電腦顯示 屏上移動(dòng)棋子的問題。
【附圖說明】
[0008] 圖1為棋子的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為棋盤上一交點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為螺旋數(shù)據(jù)采集器觸頭筒示意圖； 圖4為螺旋數(shù)據(jù)采集器外部電路原理圖； 圖5為螺旋數(shù)據(jù)采集器編碼器和螺旋升降機(jī)安裝位置示意圖； 圖6為機(jī)械手不意圖； 圖7為下棋機(jī)器人原理框圖； 圖8為棋盤交點(diǎn)與機(jī)械手大小臂轉(zhuǎn)角示意圖； 圖9為棋盤的不意圖。
[0009] 圖中：1_棋子，定位盲孔，動(dòng)觸點(diǎn)，4_定位銷，觸頭筒，6_觸頭對(duì)，7_編碼 器，8-螺旋升降機(jī)，9-步進(jìn)電機(jī)，10-搖臂，11-支座，12-大臂步進(jìn)電機(jī)，13-機(jī)械手大臂， 14-小臂步進(jìn)電機(jī)，15-機(jī)械手小臂，16-電磁鐵，17-定向管，18-滑桿，19-活動(dòng)電磁鐵， 20-定觸點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下棋機(jī)器人，包括棋子1、棋盤、螺旋數(shù)據(jù)采集器、機(jī)械手和其內(nèi)存儲(chǔ)有棋譜的PLC 控制器， 每個(gè)棋子1底面上開有定位盲孔2,頂面上設(shè)有一層鐵板，每個(gè)棋子底面上還設(shè)有33個(gè) 動(dòng)觸點(diǎn)3,該33個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)3中包括1個(gè)主動(dòng)觸點(diǎn)和32個(gè)輔動(dòng)觸點(diǎn)，主動(dòng)觸點(diǎn)和32個(gè)輔動(dòng)觸 點(diǎn)中的一個(gè)觸點(diǎn)用導(dǎo)線連接，連接的主動(dòng)觸點(diǎn)和輔動(dòng)觸點(diǎn)作為棋子的識(shí)別觸點(diǎn)對(duì)代表一個(gè) 棋子，主動(dòng)觸點(diǎn)和不同的輔動(dòng)觸點(diǎn)用導(dǎo)線連接，代表不同的棋子，形成32種線路連接，代表 32個(gè)棋子； 棋盤上從1號(hào)交點(diǎn)到90號(hào)交點(diǎn)每個(gè)交點(diǎn)上都設(shè)有一個(gè)定位銷4,定位銷周圍分布有33 個(gè)定觸點(diǎn)20,該33個(gè)定觸點(diǎn)能和棋子上的33個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)配合，33個(gè)定觸點(diǎn)中包括1個(gè)主定 觸點(diǎn)和32個(gè)輔定觸點(diǎn)，主定觸點(diǎn)和每個(gè)輔定觸點(diǎn)都組成一個(gè)定觸點(diǎn)對(duì)，總共組成32個(gè)定觸 點(diǎn)對(duì)來對(duì)應(yīng)32個(gè)棋子的識(shí)別觸點(diǎn)對(duì)，整個(gè)棋盤90個(gè)交點(diǎn)位置，每個(gè)交點(diǎn)處有32個(gè)定觸點(diǎn) 對(duì)，因此，整個(gè)棋盤形成2880個(gè)定觸點(diǎn)對(duì)； 螺旋數(shù)據(jù)采集器包括觸頭筒5、外部電路和鎖存器，觸頭筒內(nèi)壁上從下到上螺旋分布有 2880對(duì)觸頭對(duì)6, 2880對(duì)觸頭對(duì)6對(duì)應(yīng)32個(gè)棋子在棋盤上出現(xiàn)的90個(gè)交點(diǎn)位置，觸頭筒5 內(nèi)還設(shè)置有編碼器7、螺旋升降機(jī)8