專利名稱：一種下棋機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種下棋機(jī)器人。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)研發(fā)出ー些下棋機(jī)器人。其中，有類人形的下棋機(jī)器人，整體看上去跟人很像，整體結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，其抓取棋子的手類似人的手，通過(guò)五根手指控制對(duì)棋子的抓取和釋放；有一些下棋機(jī)器人，它的機(jī)械臂跟エ業(yè)機(jī)械手相似，大臂和小臂可以上下擺動(dòng)，以調(diào)整取放棋子的位置；還有一種類型下棋機(jī)器人，下棋時(shí)，抓取棋子時(shí)，需要用氣動(dòng)吸盤(pán)。有些下棋機(jī)器人抓取棋子時(shí)，還需要特殊棋子，通過(guò)電磁釋放形式，需要特殊材料棋子。
這些現(xiàn)有的下棋機(jī)器人，在動(dòng)カ傳動(dòng)上，很多采用齒輪傳動(dòng)，需要良好潤(rùn)滑，另外它們抓取棋子的方式，也各有差異，有的采用仿人手的方式來(lái)抓取棋子，有的采用氣動(dòng)吸盤(pán)，整個(gè)機(jī)器人需要配備ー個(gè)氣動(dòng)壓縮機(jī)，在下棋機(jī)器人使用過(guò)程中，不斷的充氣和放氣；還有的采用電磁鐵抓取棋子，靠電磁鐵的吸力，吸住持制的材料的棋子。在占用空間方面，類人形下棋機(jī)器人與普通成年人相似，エ業(yè)下棋機(jī)器人，占用空間要比類人型小一些，但是，此下棋機(jī)器人上下擺動(dòng)的兩臂精準(zhǔn)控制比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種下棋機(jī)器人，包括三加ー個(gè)自由度。三個(gè)自由度分別為大臂的水平旋轉(zhuǎn)，小臂的水平旋轉(zhuǎn)，以及末端的升降移動(dòng)，加一自由度，是末端的升降移動(dòng)帶動(dòng)著抓取片的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)棋子的抓取和釋放。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種下棋機(jī)器人，包括棋盤(pán)、棋子、軀干、大臂、小臂和末端小手；
所述棋盤(pán)劃分90個(gè)可放置棋子的位置，即90個(gè)點(diǎn)位，按象棋棋盤(pán)繪制棋格，棋盤(pán)上還有Φ30圓孔，Φ30圓孔用于穿過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)線；
所述軀干包括套筒和大臂梁固定板；
所述套筒設(shè)置在棋盤(pán)上方，套筒底部套有軀干固定法蘭，套筒與軀干固定法蘭焊接固定，軀干固定法蘭與棋盤(pán)通過(guò)四個(gè)螺釘固定；套筒上方設(shè)置有大臂梁固定板，大臂梁固定板一側(cè)設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)定位塊，且第一旋轉(zhuǎn)定位塊與大臂梁固定板固定連接，套筒上方與第ー選擇定位塊同側(cè)設(shè)置有第二旋轉(zhuǎn)定位塊，且與套筒固定連接，第一調(diào)整螺釘通過(guò)螺紋擰在第一旋轉(zhuǎn)定位塊上，第一調(diào)整螺釘?shù)念^部頂在第二旋轉(zhuǎn)定位塊上；
所述大臂包括大臂梁和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)；
第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于套筒內(nèi)部，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸外套有第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭通過(guò)螺釘固定連接，且第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭固定在套筒內(nèi)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭外套有第一軸承，第一軸承外套有第一軸承套，第一軸承套位于大臂梁固定板下方，且第一軸承套與大臂梁固定板焊接固定，第一軸承套外還套有第ー張?zhí)?，大臂梁固定板與大臂梁焊接固定；
所述小臂包括小臂驅(qū)動(dòng)部分和小臂執(zhí)行部分；
所述小臂驅(qū)動(dòng)部分包括大臂梁端面固定板、第一齒形帶、第一齒形帶主動(dòng)輪、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)；
所述第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在大臂梁下方，且位于軀干左側(cè)，大臂梁端面固定板設(shè)置在大臂梁左端，第一齒形帶主動(dòng)輪位于大臂梁上；
第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸外套有第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)螺釘固定連接，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭通過(guò)螺釘固定在大臂梁下方，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭左側(cè)設(shè)置有第一齒形帶張緊塊，第一齒形帶張緊塊與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭焊接固定，第一齒形帶張緊塊與大臂梁端面固定板通過(guò)第二調(diào)整螺釘固定連接，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸外套有第一齒形帶主動(dòng)輪，第一齒形帶主動(dòng)輪外還套有第二漲套，第一齒形帶主動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一齒形帶運(yùn)動(dòng)；
所述小臂執(zhí)行部分位于大臂梁下端，包括小臂梁、旋轉(zhuǎn)法蘭和第一齒形帶從動(dòng)輪；小臂梁上方設(shè)置有旋轉(zhuǎn)法蘭，小臂梁與旋轉(zhuǎn)法蘭通過(guò)螺釘固定，旋轉(zhuǎn)法蘭上方設(shè)置有第一齒形帶從動(dòng)輪；
旋轉(zhuǎn)法蘭的下端外側(cè)套有第二軸承，第二軸承外還套有第二軸承套，第二軸承套的上端外側(cè)設(shè)置第二軸承套固定法蘭，第二軸承套固定法蘭左側(cè)焊接有第三旋轉(zhuǎn)定位塊，第二軸承套與第二軸承套固定法蘭焊接固定，第二軸承套固定法蘭與大臂梁通過(guò)螺釘固定連接，第二軸承套固定法蘭上方設(shè)置第一齒形帶從動(dòng)輪，且第一齒形帶從動(dòng)輪套在旋轉(zhuǎn)法蘭外部，第一齒形帶從動(dòng)輪上方還設(shè)有第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭，旋轉(zhuǎn)法蘭、第一齒形帶從動(dòng)輪、第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭三者通過(guò)螺釘固定，第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭上焊接有第四旋轉(zhuǎn)定位塊，第三調(diào)整螺釘擰在第三旋轉(zhuǎn)定位塊上，第三調(diào)整螺釘尾端指向第四旋轉(zhuǎn)定位塊；
第一齒形帶主動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一齒形帶運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第一齒形帶從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)；第一齒形帶從動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)小臂梁的旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)谝积X形帶從動(dòng)輪帶動(dòng)第四旋轉(zhuǎn)定位塊旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，第三調(diào)整螺釘尾部頂住第四旋轉(zhuǎn)定位塊旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而達(dá)到旋轉(zhuǎn)定位的作用。所述末端小手包括末端小手驅(qū)動(dòng)部分和末端小手執(zhí)行部分；
所述末端小手驅(qū)動(dòng)部分包括第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二齒形帶主動(dòng)輪、第三軸承、第二齒形帶、第一聯(lián)結(jié)件、第二聯(lián)結(jié)件、滑塊和導(dǎo)軌；
第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)螺釘安裝在小臂梁水平方向上，第二齒形帶主動(dòng)輪安裝在第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸上，第一聯(lián)結(jié)件、第二聯(lián)結(jié)件、滑塊和導(dǎo)軌均設(shè)置在小臂梁下方，第一聯(lián)結(jié)件左端聯(lián)結(jié)在第二齒形帶上，第一聯(lián)結(jié)件右端和第二聯(lián)結(jié)件的左端通過(guò)螺釘一起固定在滑塊上，導(dǎo)軌位于第二齒形帶右側(cè)，滑塊在導(dǎo)軌上可以上下移動(dòng)，在第二齒形帶與導(dǎo)軌之間還設(shè)置有導(dǎo)軌法蘭，導(dǎo)軌通過(guò)螺釘固定在導(dǎo)軌法蘭上，導(dǎo)軌法蘭通過(guò)螺釘固定在小臂梁下；
第三軸承用作第二齒形帶的從動(dòng)輪，第三軸承設(shè)置有第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭，第三軸承套在第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭內(nèi)部的軸上，第四調(diào)整螺釘擰在第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭右側(cè)凸起上，第四調(diào)整螺釘?shù)奈膊宽斣诠潭ǖ膶?dǎo)軌上，調(diào)整第四調(diào)整螺釘擰進(jìn)去的長(zhǎng)度，可以改變第三軸承與第二齒形帶主動(dòng)輪之間的距離，達(dá)到張緊第二齒形帶目的。
第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第二齒形帶上下移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第一聯(lián)結(jié)件、導(dǎo)軌上的滑塊以及第ニ聯(lián)結(jié)件上下移動(dòng)；
所述末端小手執(zhí)行部分包括聯(lián)結(jié)螺釘、第一彈簧、第三聯(lián)結(jié)件、第二彈簧、聯(lián)結(jié)套、第四聯(lián)結(jié)件、旋轉(zhuǎn)軸、抓取片和乳膠管；
第三聯(lián)結(jié)件位于導(dǎo)軌右側(cè)，且第三聯(lián)結(jié)件與第二聯(lián)結(jié)件右端通過(guò)螺釘固定連接，第三聯(lián)結(jié)件跟隨第二聯(lián)結(jié)件上下移動(dòng)；
第一彈簧位于第二聯(lián)結(jié)件與聯(lián)結(jié)套之間，用于支撐第二聯(lián)結(jié)件與聯(lián)結(jié)套，使兩者之間存在彈黃壓力；
第三聯(lián)結(jié)件下端設(shè)置有聯(lián)結(jié)套，聯(lián)結(jié)套內(nèi)設(shè)置有第四聯(lián)結(jié)件，聯(lián)結(jié)螺釘穿過(guò)第二彈簧，兩者共同聯(lián)結(jié)第三聯(lián)結(jié)件和第四聯(lián)結(jié)件，第二彈簧的壓カ小于第一彈簧壓力。
抓取片和旋轉(zhuǎn)軸配合使用，共有3組，每組包含2個(gè)抓取片和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，成對(duì)的2個(gè)抓取片分別位于第四聯(lián)結(jié)件兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)軸穿過(guò)抓取片上端小孔，旋轉(zhuǎn)軸固定在聯(lián)結(jié)套上。乳膠管的作用是拉緊抓取片，乳膠管套在聯(lián)結(jié)套上，卡在抓取片凹槽位置，抓取片受聯(lián)結(jié)套作用，只能閉合一定角度。在整個(gè)抓取棋子過(guò)程中，第三聯(lián)結(jié)件上下移動(dòng)帶動(dòng)第四聯(lián)結(jié)件的上下不同位置，進(jìn)而改變抓取片的張開(kāi)與閉合的狀態(tài)，抓取片的張開(kāi)與閉合就將決定著棋子的抓取和釋放。本發(fā)明下棋機(jī)器人還設(shè)有控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器；
棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于檢測(cè)棋盤(pán)上棋子的位置變動(dòng)和計(jì)算走動(dòng)棋子的坐標(biāo)信息，決策系統(tǒng)用于根據(jù)棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送的走動(dòng)棋子坐標(biāo)信息，計(jì)算第一、第二和第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)決策系統(tǒng)計(jì)算出的脈沖數(shù)驅(qū)動(dòng)第一、第二和第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。所述棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括單片機(jī)、鍵盤(pán)接ロ芯片和光電傳感器；
所述光電傳感器為90個(gè)，分別安裝于棋盤(pán)上所有的90個(gè)點(diǎn)位下面，形成ー個(gè)類似于矩陣鍵盤(pán)的9X10點(diǎn)陣，即傳感器矩陣。所述鍵盤(pán)接ロ芯片為2片，半個(gè)棋盤(pán)用一片鍵盤(pán)接ロ芯片采集數(shù)據(jù)，半個(gè)棋盤(pán)是9X5的點(diǎn)陣，先取9行中的8行，即8X 5的點(diǎn)陣，連到鍵盤(pán)接ロ芯片上，再將剩下的第9行的5個(gè)點(diǎn)作為8X6矩陣的第6列連到鍵盤(pán)接ロ芯片上，兩片鍵盤(pán)接ロ芯片均按此方式連接光電傳感器，這樣便能將所有的傳感器都連到鍵盤(pán)接ロ芯片上。其中，8X 6點(diǎn)陣的8個(gè)行端分別與鍵盤(pán)接ロ芯片回送線引腳相連，6個(gè)列端先連到譯碼器數(shù)據(jù)輸出引腳上，再通過(guò)譯碼器的選擇輸出引腳分別與鍵盤(pán)接ロ芯片的掃描線引腳相連。鍵盤(pán)接ロ芯片的片選引腳分別接到單片機(jī)的I/O端ロ，兩片鍵盤(pán)接ロ芯片的片選引腳CS分別接到單片機(jī)的I/O端ロ，鍵盤(pán)接ロ芯片讀寫(xiě)控制引腳與單片機(jī)的讀寫(xiě)控制引腳連接，鍵盤(pán)接ロ芯片的緩沖器地址選擇線連接單片機(jī)的相應(yīng)端ロ，鍵盤(pán)接ロ芯片的時(shí)鐘輸入端與單片機(jī)的地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳相連，即時(shí)鐘信號(hào)CLK由單片機(jī)的ALE提供；單片機(jī)與鍵盤(pán)接ロ芯片采用并行總線通信方式進(jìn)行通信，鍵盤(pán)接ロ芯片的雙向數(shù)據(jù)總線引腳與單片機(jī)I/O端ロ連接。鍵盤(pán)接ロ芯片的中斷請(qǐng)求引腳經(jīng)譯碼器與非門(mén)連接到單片機(jī)的兩個(gè)外部中斷輸入端。所述的決策系統(tǒng)主要完成串ロ通信、走棋決策和基于CAN總線的驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)與決策系統(tǒng)采用串ロ通信，單片機(jī)通過(guò)串ロ通信引腳經(jīng)串ロ總線與決策系統(tǒng)相連，該串ロ總線遵照RS-232 (9針)接ロ協(xié)議。決策系統(tǒng)經(jīng)CAN總線對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)為交流伺服電機(jī)，第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流伺服電機(jī)；第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)尾部的正交編碼器與驅(qū)動(dòng)器相連，將伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況反饋到驅(qū)動(dòng)器，從而與驅(qū)動(dòng)器形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)的精準(zhǔn)控制。
本發(fā)明的下棋機(jī)器人的控制方法，包括如下步驟
步驟I :每一次開(kāi)始下棋前，先將棋盤(pán)上的棋子按象棋開(kāi)局?jǐn)[法布置好，上電后，光電傳感器記錄當(dāng)前每個(gè)位置，記住每個(gè)位置對(duì)應(yīng)的棋子的名字，然后大臂和小臂旋轉(zhuǎn)復(fù)位到初始位置，小臂躲在大臂下方；
步驟2 :開(kāi)始下棋后，光電傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)棋盤(pán)上各棋子位置的變化，鍵盤(pán)接ロ芯片產(chǎn)生中斷信號(hào)；
步驟3 :單片機(jī)接收中斷信號(hào)后，讀取當(dāng)前棋盤(pán)上棋子位置信息，與上一次信息比對(duì)，得出走動(dòng)棋子的坐標(biāo)，通過(guò)串ロ將走動(dòng)棋子的坐標(biāo)信息發(fā)送到?jīng)Q策系統(tǒng)；
步驟4 :決策系統(tǒng)執(zhí)行象棋算法，根據(jù)接收到的坐標(biāo)信息計(jì)算走棋方案，完成下棋機(jī)器人的下棋決策，即走棋坐標(biāo)；
步驟5 :根據(jù)下棋決策算出的走棋坐標(biāo)，算出大臂和小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，即第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，通過(guò)CAN總線控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)走到相應(yīng)脈沖，即大臂和小臂運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)點(diǎn)位，控制第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)末端小手的先下降，再升起，將棋子放到?jīng)Q策位置；
當(dāng)下棋機(jī)器人要吃掉對(duì)方的棋子時(shí)，下棋機(jī)器人先拿走要吃掉的棋子，然后走到初始位置釋放掉被吃的棋子，再將下棋決策的棋子拿起，放到相應(yīng)的位置；
步驟6 :姆ー步棋下完后，大臂和小臂都回到初始位置，等待著下一步的進(jìn)行。有益效果
本發(fā)明的下棋機(jī)器人，非常適用于社區(qū)或者其他公眾休閑地方，并有以下有益效果
1、相比于其它下棋機(jī)器人，本發(fā)明的下棋機(jī)器人在末端小手升降的過(guò)程中，同時(shí)進(jìn)行棋子抓取或者釋放。也是就說(shuō)，棋子的抓取或者釋放，它的原動(dòng)カ來(lái)自于升降動(dòng)カ，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)抓取。與現(xiàn)有技術(shù)中的吸盤(pán)式抓取機(jī)構(gòu)相比，避免空壓機(jī)引起的噪音；與電磁鐵式抓取機(jī)構(gòu)相比，避免了對(duì)棋子的特殊要求；對(duì)類人機(jī)器人相比，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，方便實(shí)用；
2、對(duì)棋子選取無(wú)需特殊處理，無(wú)需像其它下棋機(jī)器人那樣，需對(duì)材料，磁性形狀等進(jìn)行限制。本發(fā)明只需要市場(chǎng)上普通的象棋棋子即可；
3、結(jié)構(gòu)輕巧緊湊簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單占用空間小。跟エ業(yè)式機(jī)械臂下棋機(jī)器人相比，本發(fā)明下棋機(jī)器人占用空間小。比類人形機(jī)器人占用空間小很多，結(jié)構(gòu)也比類人形下棋機(jī)器人更加輕巧緊湊簡(jiǎn)単。作為娛樂(lè)休閑下棋機(jī)器人，適宜家居，社區(qū)公共場(chǎng)合等應(yīng)用；
4、在聯(lián)結(jié)方式上，電機(jī)輸出軸與外界齒形帶輪采用漲套聯(lián)結(jié)，相比于鍵聯(lián)結(jié)，安裝拆卸時(shí)更簡(jiǎn)單。在傳動(dòng)上，采用齒形帶傳動(dòng)，它傳動(dòng)精準(zhǔn)，效率高，無(wú)需潤(rùn)滑，也無(wú)污染和噪聲。而齒輪傳動(dòng)，確需潤(rùn)滑，傳動(dòng)有沖擊，伴隨著噪聲。而且，齒輪傳動(dòng)時(shí)，齒輪的安裝精度要求高。比鏈條傳動(dòng)更清潔，安靜。比皮帶傳動(dòng)更精準(zhǔn)；
5、安全可靠，清潔耐用，有防止意外裝置。在旋轉(zhuǎn)中，本發(fā)明下棋機(jī)器人有旋轉(zhuǎn)定位裝置，通過(guò)調(diào)整螺釘與旋轉(zhuǎn)定位塊的配合，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)定位，防止意外發(fā)生，達(dá)到安全適用的目的。6、無(wú)噪音，無(wú)沖擊，無(wú)污染。本發(fā)明下棋機(jī)器人采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與吸盤(pán)式下棋機(jī)器人相比，減少噪聲，此外，沒(méi)有污染物產(chǎn)生，環(huán)保清潔。


圖I :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)示意 圖2 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人棋盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人軀干結(jié)構(gòu)示意 圖4 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人軀干結(jié)構(gòu)B部分結(jié)構(gòu)放大示意 圖5 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人大臂結(jié)構(gòu)示意 圖6 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人小臂驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)示意 圖7 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人小臂執(zhí)行部分結(jié)構(gòu)示意 圖8 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人末端小手驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)示意 圖9 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人末端小手執(zhí)行部分結(jié)構(gòu)示意 圖10 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人棋子抓取和釋放的具體狀態(tài)示意 圖11 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人第三聯(lián)結(jié)件和第四聯(lián)結(jié)件示意圖，其中(a)為第三聯(lián)結(jié)件，(b)為第四聯(lián)結(jié)件；
圖12 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人第三聯(lián)結(jié)件與第四聯(lián)結(jié)件各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)齒的平面展開(kāi)示意 圖13 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人下棋前初始狀態(tài)示意 圖14 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖15 :本發(fā)明實(shí)施例的下棋機(jī)器人的控制方法流程 圖中，I-棋盤(pán)，2-軀干，3-大臂，4-小臂，5-抓取小手，7-棋子，9-Φ30圓孔，10-光電傳感器，11-軀干固定法蘭，12-套筒，13-大臂梁固定板，14-第一旋轉(zhuǎn)定位塊，15-第二旋轉(zhuǎn)定位塊，16-第一調(diào)整螺釘,17-第一驅(qū)動(dòng)電機(jī),18-第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭，19-第一軸承套，20-第一漲套，21-第一軸承，22-大臂梁，23-第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，24-第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭，25-第一齒形帶張緊塊，26-第二調(diào)整螺釘，27-大臂梁端面固定板，28-第一齒形帶主動(dòng)輪，29-第二漲套，30-第一齒形帶，31-第三調(diào)整螺釘，32-第三旋轉(zhuǎn)定位塊，33-第二軸承套固定法蘭，34-第四旋轉(zhuǎn)定位塊，35-第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭，36-第一齒形帶從動(dòng)輪，37-旋轉(zhuǎn)法蘭,38-第二軸承，39-小臂梁，40-第二軸承套，41-第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，42-第四調(diào)整螺釘，43-第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭，44-第二軸承,45-第二齒形帶主動(dòng)輪，46-第二齒形帯，47-滑塊，48-第一聯(lián)結(jié)件，49-第二聯(lián)結(jié)件，50-導(dǎo)軌，51-導(dǎo)軌固定法蘭，52-聯(lián)結(jié)螺釘，53-第一彈簧，54-第三聯(lián)結(jié)件，55-第二彈簧，56-聯(lián)結(jié)套，57-第四聯(lián)結(jié)件，58-旋轉(zhuǎn)軸，59-抓取片，60-乳膠管，61-擋柱。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說(shuō)明。本具體實(shí)施方式
中的下棋機(jī)器人，如圖I所示，包括棋盤(pán)I、棋子7、軀干2、大臂3、小臂4和末端小手5,還包括控制系統(tǒng)。所述棋盤(pán)I如圖2所示，劃分90個(gè)可放置棋子7的位置，即90個(gè)點(diǎn)位，按象棋棋盤(pán)繪制棋格，棋盤(pán)I上還有Φ30圓孔9，Φ30圓孔用于穿過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)線；棋子直徑為32mm0所述軀干2如圖3所示，包括套筒12和大臂梁固定板13 ；
所述套筒12設(shè)置在棋盤(pán)I上方，套筒12底部套有軀干固定法蘭11，套筒12與軀干固定法蘭11焊接固定，軀干固定法蘭11與棋盤(pán)I通過(guò)四個(gè)螺釘固定；套筒12上方設(shè)置有大 臂梁固定板13，如圖4所示，大臂梁固定板13 —側(cè)設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)定位塊14，且第一旋轉(zhuǎn)定位塊14與大臂梁固定板13固定連接，套筒12上方與第一選擇定位塊14同側(cè)設(shè)置有第ニ旋轉(zhuǎn)定位塊15，且與套筒12固定連接，第一調(diào)整螺釘16通過(guò)螺紋擰在第一旋轉(zhuǎn)定位塊14上，第一調(diào)整螺釘16的頭部頂在第二旋轉(zhuǎn)定位塊15上；
所述大臂3如圖5所示，包括大臂梁22和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)17 ；
第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)17位于套筒12內(nèi)部,第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)17輸出軸外套有第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭18，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)17與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭18通過(guò)螺釘固定連接，且第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭18固定在套筒12內(nèi)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭18外套有第一軸承21，第一軸承21外套有第一軸承套19，第一軸承套19位于大臂梁固定板13下方，且第一軸承套19與大臂梁固定板13焊接固定，第一軸承套19外還套有第一張?zhí)?0，大臂梁固定板13與大臂梁22焊接固定；
所述小臂4包括小臂驅(qū)動(dòng)部分和小臂執(zhí)行部分；
所述小臂驅(qū)動(dòng)部分如圖6所示，包括大臂梁端面固定板27、第一齒形帶30、第一齒形帶主動(dòng)輪28、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)23 ；
所述第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)23設(shè)置在大臂梁22下方，且位于軀干左側(cè)，大臂梁端面固定板27設(shè)置在大臂梁22左端，第一齒形帶主動(dòng)輪38位于大臂梁22上；
第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)23輸出軸外套有第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭24，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭24與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)23通過(guò)螺釘固定連接，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭24通過(guò)螺釘固定在大臂梁22下方，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭24左側(cè)設(shè)置有第一齒形帶張緊塊25，第一齒形帶張緊塊25與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭24焊接固定，第一齒形帶張緊塊25與大臂梁端面固定板27通過(guò)第二調(diào)整螺釘26固定連接，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)23輸出軸外套有第一齒形帶主動(dòng)輪28，第一齒形帶主動(dòng)輪28外還套有第二漲套29，第一齒形帶主動(dòng)輪28的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一齒形帶30運(yùn)動(dòng)；所述小臂執(zhí)行部分如圖7所示，位于大臂梁22下端，包括小臂梁39、旋轉(zhuǎn)法蘭37和第一齒形帶從動(dòng)輪36 ；
小臂梁39上方設(shè)置有旋轉(zhuǎn)法蘭37，小臂梁39與旋轉(zhuǎn)法蘭37通過(guò)螺釘固定，旋轉(zhuǎn)法蘭37上方設(shè)置有第一齒形帶從動(dòng)輪36 ；
旋轉(zhuǎn)法蘭37的下端外側(cè)套有第二軸承38，第二軸承38外還套有第二軸承套40，第二軸承套40的上端外側(cè)設(shè)置第二軸承套固定法蘭33，第二軸承套固定法蘭33左側(cè)焊接有第三旋轉(zhuǎn)定位塊32，第二軸承套40與第二軸承套固定法蘭33焊接固定，第二軸承套固定法蘭33與大臂梁22通過(guò)螺釘固定連接，第二軸承套固定法蘭33上方設(shè)置第一齒形帶從動(dòng)輪36，且第一齒形帶從動(dòng)輪36套在旋轉(zhuǎn)法蘭37外部，第一齒形帶從動(dòng)輪36上方還設(shè)有第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭35，旋轉(zhuǎn)法蘭37、第一齒形帶從動(dòng)輪36、第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭35三者通過(guò)螺釘固定，第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭35上焊接有第四旋轉(zhuǎn)定位塊34，第三調(diào)整螺釘31擰在第三旋轉(zhuǎn)定位塊32上，第三調(diào)整螺釘31尾端指向第四旋轉(zhuǎn)定位塊34 ；第一齒形帶主動(dòng)輪28的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一齒形帶30運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第一齒形帶從動(dòng)輪36旋轉(zhuǎn)；第一齒形帶從動(dòng)輪36的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)小臂梁39的旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)谝积X形帶從動(dòng)輪36帶動(dòng)第四旋轉(zhuǎn)定位塊34旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，第三調(diào)整螺釘31尾部頂住第四旋轉(zhuǎn)定位塊34旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而達(dá)到旋轉(zhuǎn)定位的作用。所述末端小手5包括末端小手驅(qū)動(dòng)部分和末端小手執(zhí)行部分；
所述末端小手驅(qū)動(dòng)部分如圖8所示，包括第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)41、第二齒形帶主動(dòng)輪45、第三軸承44、第二齒形帶46、第一聯(lián)結(jié)件48、第二聯(lián)結(jié)件49、滑塊47和導(dǎo)軌50 ；
第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)41通過(guò)螺釘安裝在小臂梁39水平方向上，第二齒形帶主動(dòng)輪45安裝在第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)41輸出軸上，第一聯(lián)結(jié)件48、第二聯(lián)結(jié)件49、滑塊47和導(dǎo)軌50均設(shè)置在小臂梁39下方，第一聯(lián)結(jié)件48左端聯(lián)結(jié)在第二齒形帶46上，第一聯(lián)結(jié)件48右端和第二聯(lián)結(jié)件49的左端通過(guò)螺釘一起固定在滑塊47上，導(dǎo)軌50位于第二齒形帶46右側(cè)，滑塊47在導(dǎo)軌50上可以上下移動(dòng)，在第二齒形帶46與導(dǎo)軌50之間還設(shè)置有導(dǎo)軌法蘭51，導(dǎo)軌50通過(guò)螺釘固定在導(dǎo)軌法蘭51上，導(dǎo)軌法蘭51通過(guò)螺釘固定在小臂梁39下；
第三軸承44用作第二齒形帶的從動(dòng)輪，第三軸承44設(shè)置有第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭43，第三軸承44套在第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭43內(nèi)部的軸上，第四調(diào)整螺釘42擰在第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭43右側(cè)凸起上，第四調(diào)整螺釘42的尾部頂在固定的導(dǎo)軌50上，調(diào)整第四調(diào)整螺釘42擰進(jìn)去的長(zhǎng)度，可以改變第三軸承44與第二齒形帶主動(dòng)輪45之間的距離，達(dá)到張緊第二齒形帶46目的。第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)41輸出軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第二齒形帶46上下移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第一聯(lián)結(jié)件48、導(dǎo)軌50上的滑塊47以及第二聯(lián)結(jié)件49上下移動(dòng)；
所述末端小手執(zhí)行部分如圖9所示，包括聯(lián)結(jié)螺釘52、第一彈簧53、第三聯(lián)結(jié)件54、第ニ彈簧55、聯(lián)結(jié)套56、第四聯(lián)結(jié)件57、旋轉(zhuǎn)軸58、抓取片59和乳膠管60 ；
第三聯(lián)結(jié)件54位于導(dǎo)軌50右側(cè)，且第三聯(lián)結(jié)件54與第二聯(lián)結(jié)件49右端通過(guò)螺釘固定連接，第三聯(lián)結(jié)件54跟隨第二聯(lián)結(jié)件49上下移動(dòng)；
第一彈簧53位于第二聯(lián)結(jié)件49與聯(lián)結(jié)套56之間，用于支撐第二聯(lián)結(jié)件49與聯(lián)結(jié)套56，使兩者之間存在彈簧壓力；
第三聯(lián)結(jié)件54下端設(shè)置有聯(lián)結(jié)套56，聯(lián)結(jié)套56內(nèi)設(shè)置有第四聯(lián)結(jié)件57，聯(lián)結(jié)螺釘52穿過(guò)第二彈簧55，兩者共同聯(lián)結(jié)第三聯(lián)結(jié)件54和第四聯(lián)結(jié)件57，第三聯(lián)結(jié)件54和第四聯(lián)結(jié)件57如圖11 (a)、(b)所示；第ニ彈簧55的壓カ小于第一彈簧53壓力。抓取片59和旋轉(zhuǎn)軸58配合使用，共有3組，每組包含2個(gè)抓取片59和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸58，成對(duì)的2個(gè)抓取片分別位于第四聯(lián)結(jié)件57兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)軸58穿過(guò)抓取片59上端小孔，旋轉(zhuǎn)軸58通過(guò)改性丙烯酸脂膠固定在聯(lián)結(jié)套56上。乳膠管60的作用是拉緊抓取片59，如圖10所示，抓取片A點(diǎn)的位置，取決于第四聯(lián)結(jié)件的位置。乳膠管60套在聯(lián)結(jié)套56上，卡在抓取片59凹槽位置，抓取片59受聯(lián)結(jié)套56作用，只能閉合一定角度。在整個(gè)抓取棋子過(guò)程中，第三聯(lián)結(jié)件54上下移動(dòng)帶動(dòng)第四聯(lián)結(jié)件57的上下不同位置，進(jìn)而改變抓取片59的張開(kāi)與閉合的狀態(tài)，抓取片59的張開(kāi)與閉合就將決定著棋子的抓取和釋放。如圖12所示，第三聯(lián)結(jié)件54與第四聯(lián)結(jié)件57的齒接觸表面光滑，摩擦カ很小，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)在第二彈簧55作用下，接觸齒面可以相互滑動(dòng)。由于擋柱61的作用，使得上下兩齒滑動(dòng)受到限制，進(jìn)而調(diào)節(jié)了第三聯(lián)結(jié)件54與第四聯(lián)結(jié)件57的相對(duì)位置。在聯(lián)結(jié)套56內(nèi)部均勻分布有三個(gè)擋柱，擋住61是聯(lián)結(jié)套56內(nèi)部的一部分。所述控制系統(tǒng)包括棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器； 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖14所示。所述棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用作棋盤(pán)棋子信息的檢測(cè)，主要負(fù)責(zé)棋盤(pán)上棋子的位置變動(dòng)信息采集，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可算出棋子的移動(dòng)坐標(biāo)，通過(guò)串ロ發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行決策。棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括51單片機(jī)、鍵盤(pán)接ロ芯片和光電傳感器；
51單片機(jī)選用STC89C52RC，STC89C52RC單片機(jī)是ー款新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，其高速穩(wěn)定的特點(diǎn)適用于集數(shù)據(jù)處理與通信于一身的下位機(jī)。鍵盤(pán)接ロ芯片選用8279芯片，8279是可編程的鍵盤(pán)、顯示接ロ芯片，它既具有按鍵處理功能，又具有自動(dòng)顯示功能，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。8279內(nèi)部有鍵盤(pán)FIFO(先 進(jìn)先出堆棧)/傳感器，雙重功能的8*8=64B RAM,鍵盤(pán)控制部分可控制8*8=64個(gè)按鍵或8*8陣列方式的傳感器，而ー個(gè)完整的中國(guó)象棋棋盤(pán)共有90個(gè)點(diǎn)位，所以8279要通過(guò)74138譯碼器連接到90個(gè)點(diǎn)位的鍵盤(pán)上。所述光電傳感器為90個(gè)，分別安裝于棋盤(pán)上所有的90個(gè)點(diǎn)位下面，形成了ー個(gè)類似于矩陣鍵盤(pán)的9X 10點(diǎn)陣，即傳感器矩陣。本實(shí)施方式選用TCRT5000光電傳感器，TCRT5000光電傳感器模塊是基于TCRT5000紅外光電傳感器設(shè)計(jì)的一款紅外反射式光電開(kāi)關(guān)。該傳感器采用高發(fā)射功率紅外光電ニ極管和高靈敏度光電晶體管組成，輸出信號(hào)經(jīng)施密特電路整形，穩(wěn)定可靠。這款光電傳感器體積小并且工作距離在f 8mm之間，便于安裝在棋盤(pán)上，且適用于棋子的檢測(cè)。所述鍵盤(pán)接ロ芯片為2片，半個(gè)棋盤(pán)用一片8279來(lái)采集數(shù)據(jù)，共需要兩片8279。半個(gè)棋盤(pán)是9X5的點(diǎn)陣，而8279上最多只能掛載8行或8列的點(diǎn)陣。所以，先取9行中的8行，即8 X 5的點(diǎn)陣，連到8279上，再將剩下的第9行的5個(gè)點(diǎn)作為8X6矩陣的第6列連
到8279上，兩片鍵盤(pán)接ロ芯片均按此方式連接光電傳感器，這樣便能將所有的傳感器都連到8279上。其中8 X 6點(diǎn)陣的8個(gè)行端分別與8279上回送線RL(TRL7八個(gè)引腳相連，6個(gè)列端先連到74138譯碼器上的Υ(ΓΥ5六個(gè)引腳上，再通過(guò)74138譯碼器的Α、B、C三個(gè)引腳分別與8279上的SLO、SL1、SL2相連。這樣便完成8279傳感器矩陣的搭建。兩片8279的片選引腳CS分別接到51單片機(jī)的I/O端ロ Ρ2. 6和Ρ2. 7，讀寫(xiě)控制引腳RD和WR則分別與51單片機(jī)的讀寫(xiě)控制引腳/RD和/WR相連，8279的緩沖器地址選擇線AO接51單片機(jī)Α0，時(shí)鐘信號(hào)CLK由單片機(jī)的ALE提供。51單片機(jī)與8279之間采用并行總線通信方式，8279的雙向數(shù)據(jù)總線引腳DB(TDB7分別接于51單片機(jī)的I/O端ロ PO. (ΓΡΟ. 7。
8279通過(guò)光電傳感器檢測(cè)到棋盤(pán)上的棋子有變化后，會(huì)在其IRQ引腳產(chǎn)生中斷信號(hào)，8279的IRQ經(jīng)74ALS00與非門(mén)取非后分別連接到單片機(jī)的INTO和INTl外部中斷輸入端，單片機(jī)接收到外部中斷信號(hào)后進(jìn)入中斷讀取8279 FIFO RAM中存儲(chǔ)的當(dāng)前棋盤(pán)棋子信息，與上一次信息比對(duì)后，會(huì)生成走動(dòng)棋子的坐標(biāo)，從而完成棋盤(pán)的數(shù)據(jù)采集工作。51單片 機(jī)通過(guò)TXD與RXD串ロ通信引腳經(jīng)串ロ線將坐標(biāo)發(fā)給決策系統(tǒng)進(jìn)行處理，該串ロ總線遵照RS-232 (9針)接ロ協(xié)議。RS-232是美國(guó)電子エ業(yè)聯(lián)盟(EIA)制定的串行數(shù)據(jù)通信的接ロ標(biāo)準(zhǔn)，原始編號(hào)全稱是EIA-RS-232 (簡(jiǎn)稱RS232)。它被廣泛用于計(jì)算機(jī)串行接口外設(shè)連接。本實(shí)施方式?jīng)Q策系統(tǒng)采用主控芯片為T(mén)E2440-II的ー款A(yù)RM9嵌入式エ控板，它基于三星公司的ARM9處理器S3C2440A，內(nèi)部帶有全性能的MMU (內(nèi)存處理單元)，性能穩(wěn)定可靠，具有高性能、低功耗、接ロ豐富和體積小等優(yōu)良特性。ARM9處理器主要完成串ロ通信、走棋決策和基于CAN總線的驅(qū)動(dòng)。ARM9處理器通過(guò)串ロ收到51單片機(jī)發(fā)送的坐標(biāo)信息后，會(huì)將該坐標(biāo)輸入象棋算法程序中進(jìn)行處理，并最終得出機(jī)器人相應(yīng)的走棋策略。本實(shí)施方式中采用的象棋算法是由著名的α-β剪枝算法實(shí)現(xiàn)的，α-β剪枝技術(shù)的基本思想或算法是，邊生成博弈樹(shù)邊計(jì)算評(píng)估各節(jié)點(diǎn)的倒推值，并且根據(jù)評(píng)估出的倒推值范圍，及時(shí)停止擴(kuò)展那些已無(wú)必要再擴(kuò)展的子節(jié)點(diǎn)，即相當(dāng)于剪去了博弈樹(shù)上的ー些分枝，從而節(jié)約了機(jī)器開(kāi)銷(xiāo)，提高了搜索效率。移植到ARM平臺(tái)的α-β剪枝算法可以根據(jù)給定的著棋坐標(biāo)算出最優(yōu)的走棋方法，從而完成機(jī)器人下棋的決策。所述驅(qū)動(dòng)器選用copley公司的ACJ-055-18系列驅(qū)動(dòng)器,這是ー款可提供最佳伺服性能的驅(qū)動(dòng)器，用戶可根據(jù)需要選擇靈活的、低價(jià)位的包裝形式。除了可工作在力矩和速度控制模式下，也可使用脈沖/方向控制的位置模式。最新的DSP技術(shù)的運(yùn)用為用戶提供了超強(qiáng)的帶寬控制，可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的換相算法，而且該款驅(qū)動(dòng)器支持CANopen協(xié)議可與主控芯片通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信。驅(qū)動(dòng)器局域網(wǎng)CAN( Controller Area Network)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是ー種有效支持分布式控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。是由德國(guó)博世公司在20世紀(jì)80年代專門(mén)為汽車(chē)行業(yè)開(kāi)發(fā)的一種串行通信總線。由于其高性能、高可靠性以及獨(dú)特的設(shè)計(jì)而越來(lái)越受到人們的重視，被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到IOkm時(shí)，CAN仍可提供高達(dá)50kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN總線具有很聞的實(shí)時(shí)性能和應(yīng)用范圍，從位速率最聞可達(dá)IMbps的聞速網(wǎng)絡(luò)到低成本多線路的50Kbps網(wǎng)絡(luò)都可以任意搭配。因此，CAN己經(jīng)在汽車(chē)業(yè)、航空業(yè)、エ業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。本實(shí)施方式的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)為交流伺服電機(jī)，選用韓國(guó)麥克比恩公司的高精度交流伺服電機(jī)APM-SA01，用以精確控制大臂和小臂的運(yùn)動(dòng)，從而使其精準(zhǔn)的走到姆ー個(gè)點(diǎn)位；第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流伺服電機(jī)，選用瑞士馬克松公司的maxon re30直流伺服電機(jī)，該電機(jī)有較大的低速轉(zhuǎn)矩，可以使末端小手牢固的抓取和釋放棋子。各個(gè)伺服電機(jī)尾部均有自帶的光電式正交編碼器，正交編碼器的Vcc、GND、A、/A、B、/B、I、/I 八個(gè)引腳,分別連接到驅(qū)動(dòng)器的 Encoder +5 Vdc、Signal Ground、A、/A、B、/B、X、/X引腳。Maxon直流伺服電機(jī)兩根電源線，“ + ”連到驅(qū)動(dòng)器Motor U引腳上，另ー根連接至IJ Motor V引腳上。另外麥克比恩電機(jī)編碼器弓I出的A、/A、B、/B、Z、/Z、U、V、W、+5V、OV、SHIELD 引腳分別連接到驅(qū)動(dòng)器的 A、/A、B、/B、X、/X、Hall U、Hall V、Hall W、Encoder+5 Vdc、Signal GrouncUFrame Ground 引腳，電源線 U、V、W、GROUND 分別連接到驅(qū)動(dòng)器的Motor U、Motor V、Motor W> Frame Ground 引腳。正交編碼器將伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況反饋到驅(qū)動(dòng)器，從而與驅(qū)動(dòng)器形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)的精準(zhǔn)控制。ARM9處理器經(jīng)CAN總線對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，由驅(qū)動(dòng)器引來(lái)的兩根CAN總線分別接于TE2440-II嵌入式エ控板提供的CANH和CANL接口上。ARM9處理器根據(jù)決策系統(tǒng)算出的機(jī)器人走棋坐標(biāo)計(jì)算出大臂和小臂應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，即第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，然后通過(guò)CAN總線控制第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)走到相應(yīng)脈沖，即末端小手運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)點(diǎn)位，即可進(jìn)行棋子的抓取和釋放，從而完成機(jī)器人一歩走棋動(dòng)作。本發(fā)明ー種實(shí)施方式的下棋機(jī)器人的控制方法流程如圖15所示。本實(shí)施方式以象棋走棋時(shí)(包括開(kāi)局)，下棋機(jī)器人先走“馬ニ進(jìn)三”(即右邊的馬 向左上方跳一歩)為例，執(zhí)行本方法，包括如下步驟
步驟I :開(kāi)始下棋前，先將棋盤(pán)上的棋子按象棋開(kāi)局?jǐn)[法布置好，電路上電后，光電傳感器記錄當(dāng)前每個(gè)位置，記住每個(gè)位置對(duì)應(yīng)的棋子的名字，然后大臂和小臂旋轉(zhuǎn)復(fù)位到初始位置，小臂躲在大臂下方；
步驟2:開(kāi)始下棋后，光電傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)棋盤(pán)上各棋子位置的變化，鍵盤(pán)接ロ芯片產(chǎn)生中斷信號(hào)；
步驟3 :單片機(jī)接收中斷信號(hào)后，讀取當(dāng)前棋盤(pán)上棋子位置信息，與上一次信息比對(duì)，得出走動(dòng)棋子的坐標(biāo)，通過(guò)串ロ將走動(dòng)棋子的坐標(biāo)信息發(fā)送到ARM9處理器；
步驟4 ARM9處理器執(zhí)行象棋算法程序，根據(jù)接收到的坐標(biāo)信息計(jì)算最優(yōu)走棋方案，完整下棋機(jī)器人的下棋決策，即走棋坐標(biāo)，本實(shí)施例中，決策下棋機(jī)器人走棋決策為“馬ニ進(jìn)~- ”
--- ，
步驟5:此時(shí)，會(huì)有兩種情況1. “馬ニ進(jìn)三”處沒(méi)有棋子，此時(shí)為走棋；2. “馬ニ進(jìn)三”處有棋子，此時(shí)為吃子。走棋時(shí)，根據(jù)下棋決策算出的走棋坐標(biāo)，算出大臂和小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，即第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)脈沖數(shù)為-13022，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)脈沖數(shù)為5463，通過(guò)CAN總線控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)走到相應(yīng)脈沖，即大臂和小臂運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)點(diǎn)位，末端小手運(yùn)動(dòng)到要走的“馬”上方，向下運(yùn)動(dòng)抓起“馬”后再升起，升起后第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)到-9835脈沖數(shù)，同時(shí)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)到10712脈沖數(shù)，第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)再控制機(jī)械手向下運(yùn)動(dòng)放下“馬”，然后升起末端小手；
下棋機(jī)器人需要吃掉對(duì)方棋子時(shí)，假設(shè)“馬ニ進(jìn)三”處有敵方ー個(gè)“炮”，根據(jù)象棋算法程序給出的下棋決策算出走棋坐標(biāo)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)先走到“炮”所在坐標(biāo)的脈沖數(shù)，即第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)到-9835脈沖數(shù)，同時(shí)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)到10712脈沖數(shù)，此時(shí)，末端小手運(yùn)動(dòng)到“炮”上方，向下運(yùn)動(dòng)抓起“炮”后再升起，然后回到初始位置，末端小手向下運(yùn)動(dòng)，將被吃的“炮”放到棋盤(pán)外，然后上升回到初始位置，再重復(fù)走棋時(shí)的步驟，實(shí)現(xiàn)“馬ニ進(jìn)三，，;
其中，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)是相對(duì)于初始位置驅(qū)動(dòng)電機(jī)脈沖數(shù)為O時(shí)的脈沖數(shù)。當(dāng)脈沖數(shù)為正時(shí)，表示俯視時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)脈沖數(shù)為負(fù)時(shí)，表示驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。步驟6 :—?dú)i棋下完后，大臂和小臂都回到初始位置，如圖13所示，小臂 躲在大臂下方，等待這下ー步的進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種下棋機(jī)器人，其特征在于包括棋盤(pán)(I)、棋子(7)、軀干(2)、大臂(3)、小臂(4)和末端小手(5)； 所述棋盤(pán)(I)劃分90個(gè)可放置棋子(7)的位置，即90個(gè)點(diǎn)位，按象棋棋盤(pán)繪制棋格； 所述軀干(2)包括套筒(12)和大臂梁固定板(13); 所述套筒(12 )設(shè)置在棋盤(pán)(I)上方，套筒(12 )底部套有軀干固定法蘭(11)，套筒(12 )與軀干固定法蘭(11)焊接固定，軀干固定法蘭(11)與棋盤(pán)(I)通過(guò)四個(gè)螺釘固定；套筒(12)上方設(shè)置有大臂梁固定板(13)； 所述大臂(3 )包括大臂梁(22 )和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(17 ); 第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(17)位于套筒(12)內(nèi)部,第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(17)輸出軸外套有第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭(18)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(17)輸出軸與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭(18)通過(guò)螺釘固定連接，且第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭(18)固定在套筒(12)內(nèi)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭(18)外套有第一軸承(21)，第一軸承(21)外套有第一軸承套(19)，第一軸承套(19)位于大臂梁固定板(13)下方，且第一軸承套(19)與大臂梁固定板(13)焊接固定，大臂梁固定板(13)與大臂梁(22)焊接固定； 所述小臂(4)包括小臂驅(qū)動(dòng)部分和小臂執(zhí)行部分； 所述小臂驅(qū)動(dòng)部分包括大臂梁端面固定板(27)、第一齒形帶(30)、第一齒形帶主動(dòng)輪(28)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(23)； 所述第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(23)設(shè)置在大臂梁(22)下方，且位于軀干(2)左側(cè)，大臂梁端面固定板(27)設(shè)置在大臂梁(22)左端，第一齒形帶主動(dòng)輪(38)位于大臂梁(22)上； 第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(23)輸出軸外套有第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭(24)，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭(24)與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(23)通過(guò)螺釘固定連接，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭(24)通過(guò)螺釘固定在大臂梁(22)下方，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭(24)左側(cè)設(shè)置有第一齒形帶張緊塊(25)，第一齒形帶張緊塊(25)與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定法蘭(24)焊接固定，第一齒形帶張緊塊(25)與大臂梁端面固定板(27)通過(guò)第二調(diào)整螺釘(26)固定連接，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(23)輸出軸外套有第一齒形帶主動(dòng)輪(28)，第一齒形帶主動(dòng)輪(28)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一齒形帶(30)運(yùn)動(dòng)；所述小臂執(zhí)行部分位于大臂梁(22)下端，包括小臂梁(39)、旋轉(zhuǎn)法蘭(37)和第一齒形帶從動(dòng)輪(36)； 小臂梁(39)上方設(shè)置有旋轉(zhuǎn)法蘭(37)，小臂梁(39)與旋轉(zhuǎn)法蘭(37)通過(guò)螺釘固定，旋轉(zhuǎn)法蘭(37)上方設(shè)置有第一齒形帶從動(dòng)輪(36)； 旋轉(zhuǎn)法蘭(37)的下端外側(cè)套有第二軸承(38)，第二軸承(38)外還套有第二軸承套(40)，第二軸承套(40)的上端外側(cè)設(shè)置第二軸承套固定法蘭(33)，第二軸承套固定法蘭(33)左側(cè)焊接有第三旋轉(zhuǎn)定位塊(32)，第二軸承套(40)與第二軸承套固定法蘭(33)焊接固定，第二軸承套固定法蘭(33)與大臂梁(22)通過(guò)螺釘固定連接，第二軸承套固定法蘭(33)上方設(shè)置第一齒形帶從動(dòng)輪(36)，且第一齒形帶從動(dòng)輪(36)套在旋轉(zhuǎn)法蘭(37)外部，第一齒形帶從動(dòng)輪(36)上方還設(shè)有第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭(35)，旋轉(zhuǎn)法蘭(37)、第一齒形帶從動(dòng)輪(36)、第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭(35)三者通過(guò)螺釘固定，第一齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭(35)上焊接有第四旋轉(zhuǎn)定位塊(34)，第三調(diào)整螺釘(31)擰在第三旋轉(zhuǎn)定位塊(32)上，第三調(diào)整螺釘(31)尾端指向第四旋轉(zhuǎn)定位塊(34)； 第一齒形帶主動(dòng)輪(28)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一齒形帶(30)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第一齒形帶從動(dòng)輪(36)旋轉(zhuǎn)；第一齒形帶從動(dòng)輪(36)的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)小臂梁(39)的旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)谝积X形帶從動(dòng)輪(36)帶動(dòng)第四旋轉(zhuǎn)定位塊(34)旋轉(zhuǎn)時(shí)，第三調(diào)整螺釘(31)尾部頂住第四旋轉(zhuǎn)定位塊(34)旋轉(zhuǎn)； 所述末端小手(5)包括末端小手驅(qū)動(dòng)部分和末端小手執(zhí)行部分； 所述末端小手驅(qū)動(dòng)部分包括第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)(41)、第二齒形帶主動(dòng)輪(45)、第三軸承(44)、第二齒形帶(46)、第一聯(lián)結(jié)件(48)、第二聯(lián)結(jié)件(49)、滑塊(47)和導(dǎo)軌(50)； 第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)(41)通過(guò)螺釘安裝在小臂梁(39)水平方向上，第二齒形帶主動(dòng)輪(45)安裝在第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)(41)輸出軸上，第一聯(lián)結(jié)件(48)、第二聯(lián)結(jié)件(49)、滑塊(47)和導(dǎo)軌(50)均設(shè)置在小臂梁(39)下方，第一聯(lián)結(jié)件(48)左端聯(lián)結(jié)在第二齒形帶(46)上，第一聯(lián)結(jié)件(48)右端和第二聯(lián)結(jié)件(49)的左端通過(guò)螺釘一起固定在滑塊(47)上，導(dǎo)軌(50)位于第二齒形帶(46)右側(cè)，滑塊(47)在導(dǎo)軌(50)上可以上下移動(dòng)，在第二齒形帶(46)與導(dǎo)軌(50)之間還設(shè)置有導(dǎo)軌法蘭(51)，導(dǎo)軌(50)通過(guò)螺釘固定在導(dǎo)軌法蘭(51)上，導(dǎo)軌法蘭(51)通過(guò)螺釘固定在小臂梁(39)下； 第三軸承(44)設(shè)置有第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭(43)，第三軸承(44)套在第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭(43)內(nèi)部的軸上，第四調(diào)整螺釘(42)擰在第二齒形帶從動(dòng)輪固定法蘭(43)右側(cè)凸起上，第四調(diào)整螺釘(42)的尾部頂在固定的導(dǎo)軌(50)上； 第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)(41)輸出軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第二齒形帶(46)上下移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第一聯(lián)結(jié)件(48)、導(dǎo)軌(50)上的滑塊(47)以及第二聯(lián)結(jié)件(49)上下移動(dòng)； 所述末端小手執(zhí)行部分包括聯(lián)結(jié)螺釘(52)、第一彈簧(53)、第三聯(lián)結(jié)件(54)、第二彈簧(55)、聯(lián)結(jié)套(56)、第四聯(lián)結(jié)件(57)、旋轉(zhuǎn)軸(58)、抓取片(59)和乳膠管(60)； 第三聯(lián)結(jié)件(54)位于導(dǎo)軌(50)右側(cè)，且第三聯(lián)結(jié)件(54)與第二聯(lián)結(jié)件(49)右端通過(guò)螺釘固定連接，第三聯(lián)結(jié)件(54)跟隨第二聯(lián)結(jié)件(49)上下移動(dòng)； 第一彈簧(53)位于第二聯(lián)結(jié)件(49)與聯(lián)結(jié)套(56)之間； 第三聯(lián)結(jié)件(54)下端設(shè)置有聯(lián)結(jié)套(56)，聯(lián)結(jié)套(56)內(nèi)設(shè)置有第四聯(lián)結(jié)件(57)，聯(lián)結(jié)螺釘(52)穿過(guò)第二彈簧(55)，兩者共同聯(lián)結(jié)第三聯(lián)結(jié)件(54)和第四聯(lián)結(jié)件(57)； 抓取片(59)和旋轉(zhuǎn)軸(58)配合使用，共有3組，每組包含2個(gè)抓取片(59)和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(58)，成對(duì)的2個(gè)抓取片(59)分別位于第四聯(lián)結(jié)件(57)兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)軸(58)穿過(guò)抓取片(59)上端小孔，旋轉(zhuǎn)軸(58)固定在聯(lián)結(jié)套(56)上；乳膠管(60)套在聯(lián)結(jié)套(56)上，卡在抓取片(59)凹槽位置； 下棋機(jī)器人還設(shè)有控制系統(tǒng)，包括棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器；棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于檢測(cè)棋盤(pán)上棋子的位置變動(dòng)和計(jì)算走動(dòng)棋子的坐標(biāo)信息，且輸出端將走動(dòng)棋子 的坐標(biāo)信息發(fā)送至決策系統(tǒng)輸入端；決策系統(tǒng)用于根據(jù)棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送的走動(dòng)棋子坐標(biāo)信息，計(jì)算第一、第二和第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，決策系統(tǒng)輸出端將脈沖數(shù)輸出至驅(qū)動(dòng)器的輸入端，驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)決策系統(tǒng)計(jì)算出的脈沖數(shù)驅(qū)動(dòng)第一、第二和第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下棋機(jī)器人，其特征在于所述大臂梁固定板(13) —側(cè)設(shè)置有第一旋轉(zhuǎn)定位塊(14)，且第一旋轉(zhuǎn)定位塊(14)與大臂梁固定板(13)固定連接，套筒(12)上方與第一選擇定位塊(14)同側(cè)設(shè)置有第二旋轉(zhuǎn)定位塊(15)，且與套筒(12)固定連接，第ー調(diào)整螺釘(16)通過(guò)螺紋擰在第一旋轉(zhuǎn)定位塊(14)上，第一調(diào)整螺釘(16)的頭部頂在第ニ旋轉(zhuǎn)定位塊(15)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下棋機(jī)器人，其特征在于所述第一軸承套(19)外還套有第ー張?zhí)?20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下棋機(jī)器人，其特征在于所述第一齒形帶主動(dòng)輪(28)外還套有第二漲套(29)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下棋機(jī)器人，其特征在于所述棋盤(pán)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括單片機(jī)、鍵盤(pán)接ロ芯片和光電傳感器； 所述光電傳感器為90個(gè)，分別安裝于棋盤(pán)上所有的90個(gè)點(diǎn)位下面。
6.采用權(quán)利要求I所述的下棋機(jī)器人的控制方法，其特征在于包括如下步驟 步驟I :每一次開(kāi)始下棋前，先將棋盤(pán)上的棋子按象棋開(kāi)局?jǐn)[法布置好，上電后，光電傳感器記錄當(dāng)前每個(gè)位置，記住每個(gè)位置對(duì)應(yīng)的棋子的名字，然后大臂和小臂旋轉(zhuǎn)復(fù)位到初始位置，小臂躲在大臂下方； 步驟2:開(kāi)始下棋后，光電傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)棋盤(pán)上各棋子位置的變化，鍵盤(pán)接ロ芯片產(chǎn)生中斷信號(hào)； 步驟3 :單片機(jī)接收中斷信號(hào)后，讀取當(dāng)前棋盤(pán)上棋子位置信息，與上一次信息比對(duì)，得出走動(dòng)棋子的坐標(biāo)，通過(guò)串ロ將走動(dòng)棋子的坐標(biāo)信息發(fā)送到?jīng)Q策系統(tǒng)； 步驟4 :決策系統(tǒng)根據(jù)接收到的坐標(biāo)信息計(jì)算走棋方案，即走棋坐標(biāo)； 步驟5:根據(jù)算出的走棋坐標(biāo)，算出大臂和小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，即第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，通過(guò)CAN總線控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)走到相應(yīng)脈沖，即大臂和小臂運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)點(diǎn)位，控制第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)末端小手的先下降，再升起，將棋子放到?jīng)Q策位置； 當(dāng)下棋機(jī)器人要吃掉對(duì)方的棋子時(shí)，下棋機(jī)器人先拿走要吃掉的棋子，然后走到初始位置釋放掉被吃的棋子，再將下棋決策的棋子拿起，放到相應(yīng)的位置； 步驟6 :每ー步棋下完后，大臂和小臂都回到初始位置，等待著下一步的進(jìn)行。
全文摘要
一種下棋機(jī)器人，包括棋盤(pán)、棋子、軀干、大臂、小臂和末端小手；軀干包括套筒和大臂梁固定板；大臂包括大臂梁和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)；小臂包括小臂驅(qū)動(dòng)部分和小臂執(zhí)行部分；末端小手包括末端小手驅(qū)動(dòng)部分和末端小手執(zhí)行部分；還設(shè)有控制系統(tǒng)；該下棋機(jī)器人的控制方法，每次開(kāi)始下棋前，記錄當(dāng)前棋盤(pán)每個(gè)位置棋子名字，大臂和小臂復(fù)位到初始位置；開(kāi)始下棋后，檢測(cè)棋盤(pán)各棋子位置變化，得出走動(dòng)棋子的坐標(biāo)；計(jì)算下棋決策；算出的走棋坐標(biāo)，算出大臂和小臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度，控制電機(jī)走到相應(yīng)脈沖，電機(jī)帶動(dòng)末端小手將棋子放到?jīng)Q策位置；每步棋下完后，大臂和小臂回到初始位置。機(jī)器人抓取或者釋放棋子原動(dòng)力來(lái)自升降動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)抓取，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。
文檔編號(hào)B25J13/00GK102698429SQ201210176029
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者叢德宏, 劉克旭, 孫雙福, 常皓, 張志陽(yáng), 徐成祿, 李龍 申請(qǐng)人:東北大學(xué)