本發(fā)明涉及一種在科教試驗和娛樂活動中使用的設備。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用在象棋對弈中的象棋游戲機器人及其工作方法。

背景技術：

象棋是漢族棋類益智游戲，中國象棋在中國有著三千多年的歷史，屬于二人對抗性游戲的一種。由于用具簡單，趣味性強，成為流行極為廣泛的棋藝活動。它是我國正式開展的78個體育項目之一。

現(xiàn)有的下象棋方式：一是需要附加設備和特定場所或人員，且必須手動操作，造成無法滿足生活節(jié)奏加快更便捷的要求，從而極大影響了個人愉悅的游戲體驗；二是與計算機下棋，總是對著屏幕費眼神。

但是現(xiàn)有的下棋方式存在如下特點：一、手動操作影響了個人愉悅的游戲體驗；二、長時間面對電腦屏幕費眼神，容易疲勞，影響視力；三、不便于棋藝的教學和授課。如何設計出一種避免長時間面對電腦，無需手動操作，便于教學和授課的象棋游戲機器人，事急需解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，公開了一種象棋游戲機器人及其工作方法。

本發(fā)明的一個目的在于，通過計算機控制運動系統(tǒng)擺放棋子，實現(xiàn)計算機屏幕內外同時演示棋局對弈，便于棋藝的教學和授課，避免了手動操作和長時間面對屏幕。

本發(fā)明還有一個目的在于，設計出一種結構簡單，性能穩(wěn)定，成本低廉的象棋游戲機器人。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種象棋游戲機器人，用在象棋對弈中，其特征在于，包括：

軌道，其分別設置在X、Y和Z軸上，所述X、Y和Z軸在空間內相互垂直；

滑塊，其上設有凹槽，所述滑塊通過凹槽卡放在軌道上，所述Y軸軌道安裝在X軸軌道的滑塊上，Z軸軌道安裝在Y軸軌道的滑塊上；

電磁鐵，其通過得失電能拿放棋子，所述電磁鐵固定在Z軸軌道的滑塊上；

動力裝置，其為滑塊提供動力，使得滑塊在軌道上產生位移，所述動力裝置固定安裝在軌道上；

運動控制模塊，其用于將控制動力裝置的指令信號轉換成相應的行走距離和方向信號，并將此信號傳輸給動力裝置；

控制器，其用于將控制動力裝置和電磁鐵得失電能的指令信號解析后發(fā)送給運動控制模塊；

上位機，其用于編輯控制動力裝置的指令信號，并將其傳輸給控制器；

電源，其為上述動力裝置、運動控制模塊、控制器和上位機提供電能。

優(yōu)選的是，還包括：

展柜，其是供設備展示的臺面，由展臺蓋合固定在柜體上組裝而成，所述軌道和上位機安裝固定在展柜的展臺上，運動控制模塊、控制器、上位機和電源安裝在展柜內部。

優(yōu)選的是，所述X、Y和Z軸方向上的導軌上轉動安裝絲杠，絲杠一端固定在動力裝置的轉軸上，絲杠上螺紋套接螺母，螺母固定在滑塊上，絲杠轉動聯(lián)動螺母上的滑塊移動。

優(yōu)選的是，所述X、Y和Z軸方向上的導軌上安裝傳送帶，傳送帶轉動連接在動力裝置的轉軸上，傳送帶上固定滑塊，傳送帶移動聯(lián)動滑塊移動。

優(yōu)選的是，所述展臺的臺面上安裝熱塑成型的機器人模型，機器人模型的胸口處安裝揚聲器，揚聲器連接上位機語音系統(tǒng)。

優(yōu)選的是，所述機器人模型的眼部和耳部設置燈帶。

優(yōu)選的是，所述上位機上具有觸摸屏，觸摸屏安裝在展柜的展臺上。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，還提供了一種象棋游戲機器人的工作方法，包括以下步驟：

步驟一、在相互垂直的X、Y、Z軸上安裝軌道，軌道上安裝滑塊和動力裝置，動力裝置聯(lián)動滑塊；

步驟二、Y軸軌道安裝在X軸軌道的滑塊上，Z軸軌道安裝在Y軸軌道的滑塊上，Z軸軌道的滑塊上安裝電磁鐵；

步驟三、上位機發(fā)送棋子移動路徑指令給控制器，控制器解析指令后發(fā)送給運動控制模塊，運動控制模塊控制X、Y、Z軸上的動力裝置移動電磁鐵；

步驟四、控制器控制電磁鐵得失電能，實現(xiàn)棋子移動。

優(yōu)選的是，所述棋子移動分為走棋和吃棋；

走棋：

動力裝置將電磁鐵推送到起點處的棋子上方，棋子內部磁性的作用吸住電磁鐵后，動力裝置再將電磁鐵推送到終點上方，此時控制器給電磁鐵通電，電磁鐵產生與棋子內部磁鐵相反的磁性，電磁鐵在磁力作用下推開棋子，使得棋子落在棋盤上的終點，動力裝置推送電磁鐵到原點，完成走棋動作；

吃棋：

動力裝置將電磁鐵推送到終點處的棋子上方，棋子內部磁性的作用吸住電磁鐵后，動力裝置再將電磁鐵推送到擺點上方，此時控制器給電磁鐵通電，電磁鐵產生與棋子內部磁鐵相反的磁性，電磁鐵在磁力作用下推開棋子，使得棋子落在擺點，動力裝置推送電磁鐵到原點；動力裝置將電磁鐵推送到起點處的棋子上方，棋子內部磁性的作用吸住電磁鐵后，動力裝置再將電磁鐵推送到終點上方，此時控制器給電磁鐵通電，電磁鐵產生與棋子內部磁鐵相反的磁性，電磁鐵在磁力作用下推開棋子，使得棋子落在棋盤上的終點，動力裝置推送電磁鐵到原點，完成吃棋動作。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：由于計算機控制運動系統(tǒng)擺放棋子，實現(xiàn)計算機屏幕內外同時演示棋局對弈，因此便于棋藝的教學和授課，避免了手動操作和長時間面對屏幕，其結構簡單，外觀新穎，性能穩(wěn)定，操作方便；由于整個運動系統(tǒng)安裝在展柜的展臺上，因此能夠達到良好的宣傳效果和廣告效應，同時重量輕易于拆卸和搬運。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一個實施例中象棋游戲機器人的軌道機構示意圖；

圖2為本發(fā)明的一個實施例中象棋游戲機器人的內部電路圖；

圖3為本發(fā)明的一個實施例中象棋游戲機器人的整體結構示意圖；

圖4為本發(fā)明的另一個實施例中象棋游戲機器人的軌道機構示意圖；

圖5為本發(fā)明的另一個實施例中象棋游戲機器人的滑動板內部結構示意圖；

圖6為本發(fā)明的另一個實施例中象棋游戲機器人的滑塊結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

圖1至3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實現(xiàn)形式，示出了信號的傳遞過程。其中包括：在X、Y和Z軸上分別設置X軌道1、Y軌道2和Z軌道3，所述X軌道1、Y軌道2和Z軌道3在空間內相互垂直，X軌道1、Y軌道2和Z軌道3上分別滑動安裝第一X滑塊4、Y滑塊5和Z滑塊6，所述Y軌道2焊接固定在第一X滑塊4上，Z軌道3焊接固定在Y滑塊5上；所述X軌道1由鋪設在X軸上的三條軌道條構成，其中兩條軌道條61和62相距較近，軌道條61和62固定安裝在固定板7上，固定板7固定在展柜8的展臺81上，展臺81放置在柜體82上，第三條軌道條63固定安裝在相距前兩條較遠，第三條軌道條63固定安裝在展臺81上，軌道條61和62之間X軸方向的兩端分別安裝固定塊9和X軸步進電機10，所述固定塊9中部轉動安裝絲杠11一端，絲杠11另一端固定在X軸步進電機10的轉動主軸上，絲杠11螺紋套接螺母12，螺母12焊接固定在第一X滑塊4的下面，所述第一X滑塊4兩邊設有凹槽，第一X滑塊4通過凹槽卡合在軌道條61和62上，在軌道條63上還卡合第二X滑塊41；所述Y軌道2側面兩端分別焊接固定在第一X滑塊4和第二X滑塊41上面，所述Y軌道2由鋪設在Y軸上的兩條相距較近的軌道條21和22構成，軌道條21和22固定在固定板7上，軌道條21和22截面為兩頭寬中部窄的近似“8”字型，Y滑塊5一面上設有卡爪，所述Y滑塊5通過卡爪滑動契合在軌道條21和22的外邊沿，卡爪扣住軌道條邊沿防止脫離，Y軌道2上的絲杠和Y軸步進電機13以與X軌道1同樣的方式固定；所述Z軌道3由鋪設在Z軸上的兩條相距較近的軌道條31和32構成，軌道條31和32固定在Y滑塊5上，軌道條31和32上以與Y軌道2同樣的方式滑動安裝Z滑塊6，Z軌道3上的絲杠和Z軸步進電機14以與Y軌道2同樣的方式固定；所述Z滑塊6一側固定連接片15一端，連接片15另一端固定電磁鐵16。

所述展臺81上固定熱塑成型的機器人模型17，機器人模型17的胸口處安裝揚聲器18，揚聲器18連接電腦的語音系統(tǒng)，所述機器人模型17的眼部和耳部均粘貼燈帶19，所述電腦設有觸摸屏20，觸摸屏20安裝固定在展柜8的展臺81上，所述X軌道1、Y軌道2和Z軌道3下方的展臺81上粘貼紙質棋盤23，棋盤23上畫有64個格子，94個交叉點，棋盤23的交叉點上按規(guī)則放置好32顆棋子，所述棋子內部灌裝由永磁體磁塊。

所述X軸步進電機10、Y軸步進電機13和Z軸步進電機14上分別對應安裝X軸步進電機驅動器、Y軸步進電機驅動器和Z軸步進電機驅動器，X軸步進電機驅動器、Y軸步進電機驅動器和Z軸步進電機驅動器均數(shù)據(jù)連接mpc003，mpc003將控制步進電機的指令信號轉換成相應的行走距離和方向信號，mpc003通過串口線PL2303數(shù)據(jù)連接單片機MCU，單片機MCU將控制步進電機解析后發(fā)送給mpc003，單片機MCU還控制電磁鐵得失電能，單片機MCU還通過串口線PL2303數(shù)據(jù)連接于電腦，電腦用于編輯控制步進電機的指令信號，并將其傳輸給單片機MCU，mpc003上連接控制X軸步進電機10、Y軸步進電機13和Z軸步進電機14返回原點的開關S2、S3和S4一端，開關S2、S3和S4另一端接地，當按下開關S2、S3和S4后，電磁鐵16被X軸步進電機10、Y軸步進電機13和Z軸步進電機14推送到XYZ軸的坐標原點。

上述各組件由220V電源供電，220V電源的火線上依次串聯(lián)電容器FUSE和電源開關S1，開關S1后端的兩根零線和火線之間連接指示燈KEY，觸摸屏一體機的供電電壓為220V直接與零線和火線連接；X軸步進電機10、Y軸步進電機13和Z軸步進電機14先與24V降壓模塊連接再連接在220V電源上；控制器先與5V降壓模塊連接再連接在220V電源上。

人機對弈過程中，總體分為兩大動作過程：走棋和吃棋

走棋：原點—>起點—>終點；

吃棋：原點—>終點—>擺點—>原點—>起點—>終點。

注：原點：XYZ軸上的坐標原點，每次動作結束后，統(tǒng)一回到原點；

起點：棋盤上棋子的位置；

終點：棋盤上棋子每步將要放置的位置；

擺點：被吃掉棋子的擺放位置。

工作過程：

一、閉合電源開關S1系統(tǒng)復位，電磁鐵回到坐標原點；

二、打開電腦點擊開始游戲，單片機MCU接收電腦的開始命令，將接收到的信息反饋給電腦，機器人完成握手過程；

三、在電腦的觸摸屏上操作棋子的行走路徑，根據(jù)電腦發(fā)來的指令，單片機MCU解析指令，將解析后的數(shù)據(jù)傳輸給mpc003，mpc003將相應的脈沖和方向信號傳輸給XYZ軸的步進電機驅動器，驅動步進電機的轉動方向和轉數(shù)；

走棋的信號傳遞過程：

步進電機將電磁鐵推送到起點處的棋子上方，棋子內部磁性的作用吸住電磁鐵后，步進電機再將電磁鐵推送到終點上方，此時單片機MCU給電磁鐵通電，電磁鐵產生與棋子內部磁鐵相反的磁性，電磁鐵在磁力作用下推開棋子，使得棋子落在棋盤上的終點，電磁鐵被步進電機推送到原點，完成走棋動作；

吃棋的信號傳遞過程：

步進電機將電磁鐵推送到終點處的棋子上方，棋子內部磁性的作用吸住電磁鐵后，步進電機再將電磁鐵推送到擺點上方，此時單片機MCU給電磁鐵通電，電磁鐵產生與棋子內部磁鐵相反的磁性，電磁鐵在磁力作用下推開棋子，使得棋子落在擺點，電磁鐵被步進電機推送到原點；步進電機將電磁鐵推送到起點處的棋子上方，棋子內部磁性的作用吸住電磁鐵后，步進電機再將電磁鐵推送到終點上方，此時單片機MCU給電磁鐵通電，電磁鐵產生與棋子內部磁鐵相反的磁性，電磁鐵在磁力作用下推開棋子，使得棋子落在棋盤上的終點，電磁鐵被步進電機推送到原點，完成吃棋動作；

四、每個動作結束后，單片機MCU反饋數(shù)據(jù)給上位機，未接受到返回數(shù)據(jù)，無法進行下一步動作。

注：在運動過程中，點擊觸摸屏無效。

X軌道1、Y軌道2和Z軌道3在空間內相互垂直，使得電磁鐵移動到空間內的任意一個點；第一X滑塊4和第二X滑塊41兩個滑動安裝在X軌道上，Y軌道兩端搭設固定在兩個滑塊上；Y滑塊5滑動安裝在Y軌道上，用于固定Z軌道；Z滑塊6滑動安裝在Z軌道上，用于固定安裝電磁鐵；固定板7用于固定軌道條；展柜8為產品提供便于展示的臺面；固定塊9用于固定絲杠；X軸步進電機10為X軌道上的絲杠提供轉動的動力；絲杠11用于傳動各個滑塊；螺母12套接在絲杠上，用于連接滑塊和絲杠；Y軸步進電機13為Y軌道上的絲杠提供轉動的動力；Z軸步進電機14為Z軌道上的絲杠提供轉動的動力；連接片15用于將電磁鐵固定在Z滑塊上；電磁鐵16用于吸住棋子或推開棋子；機器人模型17使得整體外觀設計更加逼真、美觀；揚聲器18用于傳播電腦的聲音信號；燈帶19裝飾機器人模型，使其炫彩奪目；觸摸屏20平板操作方便快捷。

圖4至6示出了在另一實施例中包括方形框架101，方形框架101是由由a、b、c、d四條邊構成的正方形，在方形框架101上橫跨滑動板102，將滑動板102、邊b、邊d設為X軸，與X軸垂直的邊a、邊c設為Y軸，所述邊c外側設有與邊c平行的滑軌103，邊a內側安裝Y軸雙軸電機104，Y軸雙軸電機104的轉動軸向兩邊延伸，Y軸雙軸電機104的轉動軸一端伸出至邊a外側，另一端伸出至邊c外側，其兩端固定帶輪105，Y軸雙軸電機104的轉動軸與邊b平行，靠近邊d的邊a和邊c上均轉動安裝帶輪105，帶輪105之間通過傳送帶106連接傳動。所述滑軌103上滑動套上縱向軸承107，縱向軸承107上焊接固定X軸電機108，X軸電機108的傳動軸向上固定在縱向軸承107上，所述滑動板102一端焊接固定在X軸電機108的側面，同時與邊c上的傳送帶106固定，另一端固定在邊a的傳送帶106上。所述X軸電機108通過傳送帶106傳動連接滑動板102內部的帶輪105，帶輪105轉動固定在滑動板102內部另一端，所述滑動板102兩側中間部分凹陷，滑動板102橫截面呈 “工”字形，滑動板102兩側卡扣有滑塊109，滑塊109下面固定轉軸向下的直線電機110，直線電機110的轉軸上固定電磁鐵111。所述滑塊109由固定片112和滾輪113構成，固定片112呈上下等長的“工”字形，固定片112上面的四周轉動固定四個滾輪113，四個滾輪113兩兩卡扣在滑動板102兩側凹陷處。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于計算機控制運動系統(tǒng)擺放棋子，實現(xiàn)計算機屏幕內外同時演示棋局對弈，因此便于棋藝的教學和授課，避免了手動操作和長時間面對屏幕，其結構簡單，外觀新穎，性能穩(wěn)定，操作方便；由于整個運動系統(tǒng)安裝在展柜的展臺上，因此能夠達到良好的宣傳效果和廣告效應，同時重量輕易于拆卸和搬運。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域。對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。