一种象棋游戏机器人及其工作方法与流程

本发明涉及一种在科教试验和娱乐活动中使用的设备。更具体地说，本发明涉及一种用在象棋对弈中的象棋游戏机器人及其工作方法。

背景技术：

象棋是汉族棋类益智游戏，中国象棋在中国有着三千多年的历史，属于二人对抗性游戏的一种。由于用具简单，趣味性强，成为流行极为广泛的棋艺活动。它是我国正式开展的78个体育项目之一。

现有的下象棋方式：一是需要附加设备和特定场所或人员，且必须手动操作，造成无法满足生活节奏加快更便捷的要求，从而极大影响了个人愉悦的游戏体验；二是与计算机下棋，总是对着屏幕费眼神。

但是现有的下棋方式存在如下特点：一、手动操作影响了个人愉悦的游戏体验；二、长时间面对电脑屏幕费眼神，容易疲劳，影响视力；三、不便于棋艺的教学和授课。如何设计出一种避免长时间面对电脑，无需手动操作，便于教学和授课的象棋游戏机器人，事急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术的缺陷，公开了一种象棋游戏机器人及其工作方法。

本发明的一个目的在于，通过计算机控制运动系统摆放棋子，实现计算机屏幕内外同时演示棋局对弈，便于棋艺的教学和授课，避免了手动操作和长时间面对屏幕。

本发明还有一个目的在于，设计出一种结构简单，性能稳定，成本低廉的象棋游戏机器人。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种象棋游戏机器人，用在象棋对弈中，其特征在于，包括：

轨道，其分别设置在X、Y和Z轴上，所述X、Y和Z轴在空间内相互垂直；

滑块，其上设有凹槽，所述滑块通过凹槽卡放在轨道上，所述Y轴轨道安装在X轴轨道的滑块上，Z轴轨道安装在Y轴轨道的滑块上；

电磁铁，其通过得失电能拿放棋子，所述电磁铁固定在Z轴轨道的滑块上；

动力装置，其为滑块提供动力，使得滑块在轨道上产生位移，所述动力装置固定安装在轨道上；

运动控制模块，其用于将控制动力装置的指令信号转换成相应的行走距离和方向信号，并将此信号传输给动力装置；

控制器，其用于将控制动力装置和电磁铁得失电能的指令信号解析后发送给运动控制模块；

上位机，其用于编辑控制动力装置的指令信号，并将其传输给控制器；

电源，其为上述动力装置、运动控制模块、控制器和上位机提供电能。

优选的是，还包括：

展柜，其是供设备展示的台面，由展台盖合固定在柜体上组装而成，所述轨道和上位机安装固定在展柜的展台上，运动控制模块、控制器、上位机和电源安装在展柜内部。

优选的是，所述X、Y和Z轴方向上的导轨上转动安装丝杠，丝杠一端固定在动力装置的转轴上，丝杠上螺纹套接螺母，螺母固定在滑块上，丝杠转动联动螺母上的滑块移动。

优选的是，所述X、Y和Z轴方向上的导轨上安装传送带，传送带转动连接在动力装置的转轴上，传送带上固定滑块，传送带移动联动滑块移动。

优选的是，所述展台的台面上安装热塑成型的机器人模型，机器人模型的胸口处安装扬声器，扬声器连接上位机语音系统。

优选的是，所述机器人模型的眼部和耳部设置灯带。

优选的是，所述上位机上具有触摸屏，触摸屏安装在展柜的展台上。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，还提供了一种象棋游戏机器人的工作方法，包括以下步骤：

步骤一、在相互垂直的X、Y、Z轴上安装轨道，轨道上安装滑块和动力装置，动力装置联动滑块；

步骤二、Y轴轨道安装在X轴轨道的滑块上，Z轴轨道安装在Y轴轨道的滑块上，Z轴轨道的滑块上安装电磁铁；

步骤三、上位机发送棋子移动路径指令给控制器，控制器解析指令后发送给运动控制模块，运动控制模块控制X、Y、Z轴上的动力装置移动电磁铁；

步骤四、控制器控制电磁铁得失电能，实现棋子移动。

优选的是，所述棋子移动分为走棋和吃棋；

走棋：

动力装置将电磁铁推送到起点处的棋子上方，棋子内部磁性的作用吸住电磁铁后，动力装置再将电磁铁推送到终点上方，此时控制器给电磁铁通电，电磁铁产生与棋子内部磁铁相反的磁性，电磁铁在磁力作用下推开棋子，使得棋子落在棋盘上的终点，动力装置推送电磁铁到原点，完成走棋动作；

吃棋：

动力装置将电磁铁推送到终点处的棋子上方，棋子内部磁性的作用吸住电磁铁后，动力装置再将电磁铁推送到摆点上方，此时控制器给电磁铁通电，电磁铁产生与棋子内部磁铁相反的磁性，电磁铁在磁力作用下推开棋子，使得棋子落在摆点，动力装置推送电磁铁到原点；动力装置将电磁铁推送到起点处的棋子上方，棋子内部磁性的作用吸住电磁铁后，动力装置再将电磁铁推送到终点上方，此时控制器给电磁铁通电，电磁铁产生与棋子内部磁铁相反的磁性，电磁铁在磁力作用下推开棋子，使得棋子落在棋盘上的终点，动力装置推送电磁铁到原点，完成吃棋动作。

本发明至少包括以下有益效果：由于计算机控制运动系统摆放棋子，实现计算机屏幕内外同时演示棋局对弈，因此便于棋艺的教学和授课，避免了手动操作和长时间面对屏幕，其结构简单，外观新颖，性能稳定，操作方便；由于整个运动系统安装在展柜的展台上，因此能够达到良好的宣传效果和广告效应，同时重量轻易于拆卸和搬运。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中象棋游戏机器人的轨道机构示意图；

图2为本发明的一个实施例中象棋游戏机器人的内部电路图；

图3为本发明的一个实施例中象棋游戏机器人的整体结构示意图；

图4为本发明的另一个实施例中象棋游戏机器人的轨道机构示意图；

图5为本发明的另一个实施例中象棋游戏机器人的滑动板内部结构示意图；

图6为本发明的另一个实施例中象棋游戏机器人的滑块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1至3示出了根据本发明的一种实现形式，示出了信号的传递过程。其中包括：在X、Y和Z轴上分别设置X轨道1、Y轨道2和Z轨道3，所述X轨道1、Y轨道2和Z轨道3在空间内相互垂直，X轨道1、Y轨道2和Z轨道3上分别滑动安装第一X滑块4、Y滑块5和Z滑块6，所述Y轨道2焊接固定在第一X滑块4上，Z轨道3焊接固定在Y滑块5上；所述X轨道1由铺设在X轴上的三条轨道条构成，其中两条轨道条61和62相距较近，轨道条61和62固定安装在固定板7上，固定板7固定在展柜8的展台81上，展台81放置在柜体82上，第三条轨道条63固定安装在相距前两条较远，第三条轨道条63固定安装在展台81上，轨道条61和62之间X轴方向的两端分别安装固定块9和X轴步进电机10，所述固定块9中部转动安装丝杠11一端，丝杠11另一端固定在X轴步进电机10的转动主轴上，丝杠11螺纹套接螺母12，螺母12焊接固定在第一X滑块4的下面，所述第一X滑块4两边设有凹槽，第一X滑块4通过凹槽卡合在轨道条61和62上，在轨道条63上还卡合第二X滑块41；所述Y轨道2侧面两端分别焊接固定在第一X滑块4和第二X滑块41上面，所述Y轨道2由铺设在Y轴上的两条相距较近的轨道条21和22构成，轨道条21和22固定在固定板7上，轨道条21和22截面为两头宽中部窄的近似“8”字型，Y滑块5一面上设有卡爪，所述Y滑块5通过卡爪滑动契合在轨道条21和22的外边沿，卡爪扣住轨道条边沿防止脱离，Y轨道2上的丝杠和Y轴步进电机13以与X轨道1同样的方式固定；所述Z轨道3由铺设在Z轴上的两条相距较近的轨道条31和32构成，轨道条31和32固定在Y滑块5上，轨道条31和32上以与Y轨道2同样的方式滑动安装Z滑块6，Z轨道3上的丝杠和Z轴步进电机14以与Y轨道2同样的方式固定；所述Z滑块6一侧固定连接片15一端，连接片15另一端固定电磁铁16。

所述展台81上固定热塑成型的机器人模型17，机器人模型17的胸口处安装扬声器18，扬声器18连接电脑的语音系统，所述机器人模型17的眼部和耳部均粘贴灯带19，所述电脑设有触摸屏20，触摸屏20安装固定在展柜8的展台81上，所述X轨道1、Y轨道2和Z轨道3下方的展台81上粘贴纸质棋盘23，棋盘23上画有64个格子，94个交叉点，棋盘23的交叉点上按规则放置好32颗棋子，所述棋子内部灌装由永磁体磁块。

所述X轴步进电机10、Y轴步进电机13和Z轴步进电机14上分别对应安装X轴步进电机驱动器、Y轴步进电机驱动器和Z轴步进电机驱动器，X轴步进电机驱动器、Y轴步进电机驱动器和Z轴步进电机驱动器均数据连接mpc003，mpc003将控制步进电机的指令信号转换成相应的行走距离和方向信号，mpc003通过串口线PL2303数据连接单片机MCU，单片机MCU将控制步进电机解析后发送给mpc003，单片机MCU还控制电磁铁得失电能，单片机MCU还通过串口线PL2303数据连接于电脑，电脑用于编辑控制步进电机的指令信号，并将其传输给单片机MCU，mpc003上连接控制X轴步进电机10、Y轴步进电机13和Z轴步进电机14返回原点的开关S2、S3和S4一端，开关S2、S3和S4另一端接地，当按下开关S2、S3和S4后，电磁铁16被X轴步进电机10、Y轴步进电机13和Z轴步进电机14推送到XYZ轴的坐标原点。

上述各组件由220V电源供电，220V电源的火线上依次串联电容器FUSE和电源开关S1，开关S1后端的两根零线和火线之间连接指示灯KEY，触摸屏一体机的供电电压为220V直接与零线和火线连接；X轴步进电机10、Y轴步进电机13和Z轴步进电机14先与24V降压模块连接再连接在220V电源上；控制器先与5V降压模块连接再连接在220V电源上。

人机对弈过程中，总体分为两大动作过程：走棋和吃棋

走棋：原点—>起点—>终点；

吃棋：原点—>终点—>摆点—>原点—>起点—>终点。

注：原点：XYZ轴上的坐标原点，每次动作结束后，统一回到原点；

起点：棋盘上棋子的位置；

终点：棋盘上棋子每步将要放置的位置；

摆点：被吃掉棋子的摆放位置。

工作过程：

一、闭合电源开关S1系统复位，电磁铁回到坐标原点；

二、打开电脑点击开始游戏，单片机MCU接收电脑的开始命令，将接收到的信息反馈给电脑，机器人完成握手过程；

三、在电脑的触摸屏上操作棋子的行走路径，根据电脑发来的指令，单片机MCU解析指令，将解析后的数据传输给mpc003，mpc003将相应的脉冲和方向信号传输给XYZ轴的步进电机驱动器，驱动步进电机的转动方向和转数；

走棋的信号传递过程：

步进电机将电磁铁推送到起点处的棋子上方，棋子内部磁性的作用吸住电磁铁后，步进电机再将电磁铁推送到终点上方，此时单片机MCU给电磁铁通电，电磁铁产生与棋子内部磁铁相反的磁性，电磁铁在磁力作用下推开棋子，使得棋子落在棋盘上的终点，电磁铁被步进电机推送到原点，完成走棋动作；

吃棋的信号传递过程：

步进电机将电磁铁推送到终点处的棋子上方，棋子内部磁性的作用吸住电磁铁后，步进电机再将电磁铁推送到摆点上方，此时单片机MCU给电磁铁通电，电磁铁产生与棋子内部磁铁相反的磁性，电磁铁在磁力作用下推开棋子，使得棋子落在摆点，电磁铁被步进电机推送到原点；步进电机将电磁铁推送到起点处的棋子上方，棋子内部磁性的作用吸住电磁铁后，步进电机再将电磁铁推送到终点上方，此时单片机MCU给电磁铁通电，电磁铁产生与棋子内部磁铁相反的磁性，电磁铁在磁力作用下推开棋子，使得棋子落在棋盘上的终点，电磁铁被步进电机推送到原点，完成吃棋动作；

四、每个动作结束后，单片机MCU反馈数据给上位机，未接受到返回数据，无法进行下一步动作。

注：在运动过程中，点击触摸屏无效。

X轨道1、Y轨道2和Z轨道3在空间内相互垂直，使得电磁铁移动到空间内的任意一个点；第一X滑块4和第二X滑块41两个滑动安装在X轨道上，Y轨道两端搭设固定在两个滑块上；Y滑块5滑动安装在Y轨道上，用于固定Z轨道；Z滑块6滑动安装在Z轨道上，用于固定安装电磁铁；固定板7用于固定轨道条；展柜8为产品提供便于展示的台面；固定块9用于固定丝杠；X轴步进电机10为X轨道上的丝杠提供转动的动力；丝杠11用于传动各个滑块；螺母12套接在丝杠上，用于连接滑块和丝杠；Y轴步进电机13为Y轨道上的丝杠提供转动的动力；Z轴步进电机14为Z轨道上的丝杠提供转动的动力；连接片15用于将电磁铁固定在Z滑块上；电磁铁16用于吸住棋子或推开棋子；机器人模型17使得整体外观设计更加逼真、美观；扬声器18用于传播电脑的声音信号；灯带19装饰机器人模型，使其炫彩夺目；触摸屏20平板操作方便快捷。

图4至6示出了在另一实施例中包括方形框架101，方形框架101是由由a、b、c、d四条边构成的正方形，在方形框架101上横跨滑动板102，将滑动板102、边b、边d设为X轴，与X轴垂直的边a、边c设为Y轴，所述边c外侧设有与边c平行的滑轨103，边a内侧安装Y轴双轴电机104，Y轴双轴电机104的转动轴向两边延伸，Y轴双轴电机104的转动轴一端伸出至边a外侧，另一端伸出至边c外侧，其两端固定带轮105，Y轴双轴电机104的转动轴与边b平行，靠近边d的边a和边c上均转动安装带轮105，带轮105之间通过传送带106连接传动。所述滑轨103上滑动套上纵向轴承107，纵向轴承107上焊接固定X轴电机108，X轴电机108的传动轴向上固定在纵向轴承107上，所述滑动板102一端焊接固定在X轴电机108的侧面，同时与边c上的传送带106固定，另一端固定在边a的传送带106上。所述X轴电机108通过传送带106传动连接滑动板102内部的带轮105，带轮105转动固定在滑动板102内部另一端，所述滑动板102两侧中间部分凹陷，滑动板102横截面呈 “工”字形，滑动板102两侧卡扣有滑块109，滑块109下面固定转轴向下的直线电机110，直线电机110的转轴上固定电磁铁111。所述滑块109由固定片112和滚轮113构成，固定片112呈上下等长的“工”字形，固定片112上面的四周转动固定四个滚轮113，四个滚轮113两两卡扣在滑动板102两侧凹陷处。

如上所述，根据本发明，由于计算机控制运动系统摆放棋子，实现计算机屏幕内外同时演示棋局对弈，因此便于棋艺的教学和授课，避免了手动操作和长时间面对屏幕，其结构简单，外观新颖，性能稳定，操作方便；由于整个运动系统安装在展柜的展台上，因此能够达到良好的宣传效果和广告效应，同时重量轻易于拆卸和搬运。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。