作业帮下棋机器人
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/09/25 15:26:31 体裁作文
篇一：下棋机器人
目录
一、摘要……………………………………………………（3）
二、作品介绍………………………………………………（3）
三、工作原理………………………………………………（4）
四、作品功能、特色………………………………………（5）
五、作品结构………………………………………………（5）
（一）硬件部分………………………………………
（二）软件部分………………………………………
六、参考资料………………………………………………（6）
一﹑作品摘要：
本设计以HT32系列的微控制器为控制核心，以并联机械臂为基础的下棋机器人。该机器人，利用视觉识别及人工智能技术实现下棋。在下棋过程利用视觉采集信息，运用四步最优算法，对控制电机实现位置闭环控制，提高下棋精度。并联机械臂的快捷性保证了下棋过程的感官享受，该作品致力于将五子棋机器人小型化\智能化，以嵌入式HT平台为支撑，灵活控制机械手臂，实现真正意义上的人机对弈，综合成本较低将使其适用于大众消费。
关键词：并联机器人 HT单片机 人工智能 视觉识别 小型化
二、作品介绍：
智能下棋机器人以HT32系列的微控制器为控制核心，由棋盘及棋子、机械手臂（硬件）、机械臂控制系统（HT单片机控制系统）等部分组成。机器人通过摄像头实时捕捉棋子的位置变动，得到对手的出招，然后输入到五子棋算法中得到应招，之后HT单片机通过控制Delta并联机械臂来完成棋子的定位和控制气缸完成吸放动作，从而实现了真正意义上的人机对弈。
三、工作原理：
3.1控制系统
机械臂控制系统由一片HT32系列的微控制器作为主控，其中定时器用于读取电机编码器，并用于生成电机控制信号、控制步进电机、控制舵机，另有若干IO用于读取开关量、控制气泵通断。
控制程序分为8个模块，均采用状态机形式，分别为systick任务分配模块、系统作业模块，USART串口中断服务模块，串口命令解析模块，机械臂坐标解算与插补模块，电机驱动模块，步进电机驱动模块，，舵机驱动模块。各个模块之间互相独立，数据通过各模块的状态结构体进行数据交换。
3.2并联机械臂结构
本设计采用三臂构成的Delta并联机械臂，每条臂中两条短杆分别与两条长杆采用球铰连接，材料为斜纹碳纤杆，驱动电机平台和动平台均采用亚克力板材料，在满足强度要求的情况下，减轻机构重量。根据Delta并联机械臂运动范围，并考虑到实际球铰运动角度对机械臂运动范围的影响，在SolidWorks中对其运动进行仿真以求解设计短杆与长杆长度范围，根据棋盘范围为15X15格，并联机械臂动平台运动范围应大于Ф500mm，根据以上要求，设计机械臂短杆长度100mm，长杆长度450mm，实际运动范围520~550mm（距平台下方450~460mm处），适用于
正常尺寸的各类棋盘。
并联机械臂验证模型
机械臂每条臂中短杆处为防止因杆过细而导致已发生扭转变形，采用螺栓固 定两杆，并可通过螺母旋进调整因联轴器加工误差导致的杆间距不一致的问题。
3.3视觉及博弈系统原理
3.3.1视觉识别过程
阈值分割：在阈值分割之前先对前后两张图片进行作差，提取白子使用正差图片，提取黑子使用负差图片。然后将24位真彩色差值图像转化为灰度图，然后再进行阈值分割。
腐蚀膨胀：采用3x3的模板进行腐蚀操作，去除由于摄像头振动产生的微小杂边。在负差图像中，由于黑线和黑子的共同区域灰度值相同，分割后的棋子区域会出现断裂，采用膨胀的方式，将断裂的区域连成整体。
特征提取：首先从二值图像提取棋子轮廓，计算出棋子轮廓的最大内切圆和最小外接圆，外切圆和内切圆的半径比值C可以作为轮廓圆形度的判定标准。设置阈值0.8，当C>0.8时认为轮廓接近于一个圆。经过几次统计，棋子图像大小在150~360之间。因此在获取棋子的轮廓之后求出轮廓内部的面积，判定面积是否在100~500之间，从而排除一些比较大或者比较小的物体的干扰。
棋子定位：采用最小外接圆圆心定位，以圆心位置作为棋子在图像上的位置，和重心大定位相比，具有更高的精度。
空间变换：棋子在棋盘和图像上的位置映射，采用三维空间变换。
3.3.2视觉实现位置闭环
由于电机的回差问题，会导致并联机械臂精度降低，为了提高下子精度，采 用视觉进行位置反馈的方式实现闭环控制，此方法可以使落子精度达到1mm以
内。
四、作品功能、特色： 1、使用并联机构实现取棋、摆放等动作，惯量小，可使用精度较低的电机 和部件实现所需的精度，经实际测试，带有视觉位置闭环时，并联机械臂的下棋 精度可达1mm以内。同时并联机构的反解求解运算量相对串联机构要小得多， 可将电机驱动、坐标反解解算集成到一片单片机中，有效降低成本。
2、使用气泵来实现棋子的抓取使取棋机构大大简化，同时取放更加迅速。
3、摄像头不仅用来对棋盘进行识别，同时可对机械臂动平台进行识别从而 实现在水平方向上的全闭环控制，有效提高了机械臂落子的精度，降低了对机械臂本体的精度要求。
4、该作品的科学性先进性体现在选用的嵌入式具有便携、灵活、实时的人机交互等特性，
有利于将五子棋机器人商品化。同时在模式识别与图像处理方面，该作品采用的基于颜色分割算法，降低了棋子识别对摄像头分辨率和光照稳定的
依赖，提高了抗噪性能。在模型的搭建方面，该作品采用了有关节的机械手臂构型，
大大降低了对机械精度和功率消耗的要求，有利于构型的廉价化，同时也降低了控制的复杂程度。
五、作品结构：
该模型的主要结构有：Delta并联机械臂的运动部分、单片机控制部分、图像采集部分、码盘检测部分、触摸屏显示部分等。
OV7670图像传感器，体积小工作电压低，提供VGA摄像头和影像处理的所有功能。
图像采集模块流程图
六、参考文献：
《盛群HT-IDE3000使用手册》 《盛群C语言用户手册》 《HT66F50Datasheet》
《C程序设计》谭浩强第二版
篇二：基于PLC的直角坐标中国象棋机器人
三轴伺服机器人设计与应用
摘要：本文提出了一种新的三轴全伺服机器人的设计。详细的设计工作包括机械结构设计和三个相互垂直的工具。机器人的所有轴都是由交流同步伺服电机驱动的。这是基于机械结构、电气系统与DSP和可编程逻辑器件(CPLD)设计的。DSP TMSF2812用于实现数字信号处理和人工机器接口。使用CPLD进行逻辑计算和控制运行轨迹。实验表明,该机器人可以精确地在预先设计轨迹上移动，三维空间速度和准确度高。
关键词：三轴伺服机器人，注塑模具机器人，机器人控制，运动控制，工业机器人
简介
自1961年以来,第一个机器人Unimation发生在麻省理工学院(MIT),越来越多的工作不断投资于研究和开发工业机器人。关键应用机器人技术是材料处理、采摘、包装、堆垛、焊接、绘画、上胶、密封和装配在各种行业。在塑料加工行业,注塑模具机器人可用于等广泛的领域涵盖的标签,从机器零件的自动切割和自动外卖,等[1]。它已被证明加强戏剧性的生产效率和产品质量为工人,实现一个更健康的环境。
根据提供的数据CPPIA(中国塑料加工工业协会),作为最大的塑料工业基地,全国塑料机器的潜在需求将达到to100,000单位从75000年的75000辆。在这些机器人,模具机器的订单和销售额将占38%左右。假设只有30%的这些新增加的机器将配备注塑模具机器人,约11400机器人将提供给中国。今天,注射模具的主要职业机器人形式进口欧盟,日本或中国台湾。
本文提出了一种新的三轴全伺服机器人的设计,包括机械结构设计、机器人控制和一些实验测试。所有轴的机器人是由交流伺服电机驱动的。它可以精确地移动在预先设计轨迹具有高速度和准确性。
II. 机器人机械结构和AC电力驱动系统的设计
这个机器人的设计可以被分为四个部分:机械结构设计、伺服系统设计、气动电路设计,机器人控制的设计。从图1,机器人设计在这个项目中包含了一个垂直的手臂,一个横向的手臂,导线臂和底座。开始的机器人结构设计、运动特征和运动学的分析和仿真不同的负载。这些工作的目的是设计一个最优的机器人用简单,可靠性高。机械结构,轻重量和高强度的铝挤压件,夹具和夹具详细考虑显式结构。
电力驱动系统,设计强调如何选择交流伺服系统,电力驱动的方法和指导机制。的原因一
完整的三轴伺服自动机器人
三个轴的运动机制通过还原剂手臂由交流伺服电机驱动。不同的是,在三个轴有一个同步带导线轴移动和其他两个轴是由高质量的齿轮齿条。机器人航空电路由空气源、气缸、电磁阀、真空喷射器。详细计算空气动力学部分继续运动,空气消耗量和空气负压迎头赶上的最大负载,气动回路设计适合机器人自动化需求和SMC气动产品使用日本制造。
III. 机器人控制系统
在模具注塑机器人控制,半睁循环位置伺服可以提供一个良好的精度和更好的动态性能与开环控制和可以实现简单而闭环控制。通过这种方法,每个轴位置计算间接三臂实时稳定的电机转子位置检测位置传感器在每个轴。最后控制系统块图2所示
机械系统
半睁循环机器人控制块
为核心的机器人运动控制用于控制三个伺服和电磁价值、电源、接触器和用户指挥官准确、迅速。根据每一块的功能,机器人控制器主要分为控制单元和单元。第一单元是采样和处理信号,任何两个规划轨迹的
三轴或整个三个武器和机器人之间的通信控制和人机界面(HMI)。这决定,CPU的计算速度,它的外围资源,内存大小和中断队伍能力是最重要的方面,选择CPU。外围的主要内容包括电源优化设计,信号调节电路,从光电编码器读取数据转换器和与MODBUS通信协议。
如体系结构,DSP的TMSF2812负责沟通、HMI控制和宏观和EPM7256负责伺服电机控制加代和逻辑保护(4、5)。在图3中,TMS2812由TI是用来完成轨迹规划和自动保护。伺服电机的状态信息是通过电动机伺服反馈。结合机器人控制指挥官,比如开始位置和结束位置,顺时针或逆时针方向旋转,加速或减速的速度,慢跑或紧急停车信号。通过这种方式,实时保证。检测每个轴伺服电机的转子位置准确、快速精确的位置伺服系统是关键。这两种方法都需要设计的信号转换电路差模信号模式,电隔离电路,discrim塑造和阶段
机器人嵌入式控制系统基于DSP和CPLD
交来自光电编码器的信号转换电路
编程逻辑设备EPM7256-5N由Altera复杂性。该集成电路由256块,等于5000多个逻辑门。它的最
大延迟时间只有5 ns使得设计与高频计数175.4 MHz。因为这些特性的逻辑门数,操作频率、100 I / O销和重复编程,EPM7256设计阅读遇到输入/输出,生成伺服驱动脉冲和输入或输出数字信号。
IV. 机器人控制系统软件设计
机器人控制软件主要由DSP控制器编程,编程逻辑器件(CPLD)编程复杂性和手动操作编程。答:主要控制单元编程在图5中,起来之后,一些初始化步骤包括控制核心和I / O端口进行。最后,软件将一步死循环的插值算法定期运行。
b .插值算法的实现与CPLD实现连续轨迹规划,多轴加分为同步和控制协调。实时插值计算要求高,计算速度和准确度对算法性能的影响。在数控与常用软件篡改,这是连续运行,它的计算速度慢,算法与硬件运行在这个项目中与高速并行运行。输入信号的硬件插入器是系统时钟信号,复位信号、初速度、加速度速度和总步数。输出信号的增量和三轴。这些状态信息发送从DSP、CPLD和当前状态信息实时采样。在这个项目中,根据机器人的应用程序实际上,线性插值和圆形。
c .教学和离线编程技术的机器人教学技术,操作演示了如何确定位置开始和结束位置的垂直的手臂,横向的胳膊,遍历的胳膊,每个轴的原点通过手动操作面板。通过教学,每个位置的每个动作和序列输入和存储在机器人记忆将读取设置生产技术。在应用程序中,这种技术设置将自动读取和机器人运行。这个过程也称为学习的机器人。手动操作的软件流被视为图6。
手动操作面板软件流程
V. 实验测试
按照功能原型的测试已经完成,测试结果是:最大行程导线臂:1380毫米;垂直臂:800毫米;横向:750毫米。遍历行速度:2米/秒。重复精度:0.1毫米。功率:1.35千瓦。为了证明多轴控制，垂直和横向轴选择描绘了一幅复杂的图形,包括圆、直线、斜直线和曲线。实验中所示图7和图8。机器人能以很快的速度按规定的形状和大小顺利完成测试。
篇三：下棋机器人手柄操作
下棋机器人手柄操作
1. 当选用手柄操作时，将手柄左上方的旋转按钮调制TEACH,并按下伺服准备键，当伺服电源指示灯闪烁时即为调到手柄控制。
2. 将手柄背部的黑色长条按钮按至中部，点击选工具按钮调整坐标，调制如图所示形状为机器人坐标。此时通过操作屏幕中央的S,L,U,R,B,Z即可调整机器人六个关节运动。
3. 继续点击选工具按钮调制如图所示形状即为直角坐标系，此时可在最后一个关节处上下左右调节机器手。
4. 当手柄操作完成后调回电脑控制时，先将手柄左上方的旋转按钮转至中央PLAY处，按下伺服准备键，待伺服电源灯亮时将按钮转至REMOTE处即为电脑控制。
注意事项：
1. 手柄控制时一定要慢，可通过手柄中央的高低按钮调整移动速度。
2. 手柄右上方的红色按钮是一个紧急制动按钮，如遇突发情况按下此按钮可强行停止机器人一切动作。
3. 当屏幕下方有错误提示时，可以点击清除按钮来清除错误。
4. 手柄背部黑色长按钮不可用力过猛，只需按到中间部位即可。
篇四：下围棋机器人手臂设计
摘要
据统计现在世界下围棋的人数正在不断增加，而且不仅仅是传统的对弈，还有网络围棋也在兴起。随着机器人技术的发展，其应用领域正在逐渐扩大，从传统的工业领域走向娱乐领域，于是产生了各种棋类机器人。有理由认为，围棋机器人系统的开发有广阔的市场前景。对照目前世界上陆续出现的象棋和国际象棋机器人等下棋机器人娱乐设备，围棋机器人方面仍显空白，其人机交互功能方面也有所欠缺。原因有三点：一是由于象棋和国际象棋长期以来在国内和国际占据统治地位，而国粹又过分阳春白雪；二是由于围棋的特殊性，如棋盘点多格密(定位精度要求高)，一开局就没有固定的棋子位置(棋子需要从棋罐中抓取)，棋子形状 (夹持装置)，棋子越下越多且位置和数量随机(图像识别构成闭环系统，国际象棋、象棋系统可以采用开环控制)，有提子(需要敏捷的提子装置)、打劫、多种禁着(游戏程序的复杂性)等特殊的对弈规则，因此动作控制系统与象棋有较大差别；三是下棋机器人相关设备还只作为高科技玩具来开发，实际使用较少，没有重视交互性。
本次我设计的是下围棋的机器人手臂，机器人手臂是机器人的主要部件，如何让机器人的动作更加人性化，更加高效、稳定一直是机器人手臂研究的主要内容之一。这次我设计的围棋机器人手臂包括五个自由度，采用关节式坐标系，动作关节采用步进电机驱动谐波减速器减速，避免了液压驱动的清洁性问题和气动的不稳定问题。手爪抓取动作由一个电磁体进行驱动，所有的电机和运动控制卡控制。
关键字：围棋，机器人手臂，五自由度，步进电机，谐波减速器
ABSTRACT
According to statistics, the number of Go in the world is increasing, and not just the traditional chess network ,Go also emerging. With the development of robot technology, its applications are gradually expanding from the traditional industrial areas to the entertainment field, so a variety of chess robot are product. There is reason to believe that the development of chess robot system has a broad market prospect. Control, emerging in the world of chess and chess robots playing chess robot entertainment devices, Go robots remained blank, and its interactive features are also lacking. There are three reasons: First, chess and chess has long been dominant in the domestic and international, while the quintessence of overly highbrow; is due to the particularity of chess, such as the checkerboard point grid density (positioning accuracy requires high), a start there is no fixed position of a pawn (a pawn from the chess tanks crawl), a pawn shape (clamping devices), the pieces harder and more and the location and number of random (image recognition constitute a closed-loop system, chess, chess can be used open-loop control), grapes (to agile grapes device), robbery, a variety of forbidden (the complexity of the game program) and other special chess rules are quite different, so the motion control system and chess; chess machine people related equipment only as a high-tech toys to develop, the actual use of less, there is no emphasis on interactivity.
I designed the Go under the robot arm, robot arm is the main components of the robot, how to make the robot's action is more humane, more efficient, stable and has been one of the main robot arm. The Go I designed robot arm consists of five degrees of freedom, using the joint coordinate system, action joint stepper motor-driven reducer reducer to avoid the cleaning of the hydraulic drive and pneumatic instability. Gripper to grab action driven by an electromagnet, the use of independent Motion Control Card control.
Keywords: chess, robot arm, five degrees of freedom, stepper motor, reducer
目录
1. 绪论 .......................................................................................................... 1
1.1. 引言 ................................................................................................................... 1
1.2. 国内外发展概况 ............................................................................................... 1
2. 总体方案 .................................................................................................. 5
2.1. 电机种类的选择及传动方案的确定 ............................................................... 5
2.1.1. 驱动电机种类的选择 ............................................................................. 5
2.1.2. 机械结构传动方案 ................................................................................. 6
3. 机械结构的设计 ...................................................................................... 7
3.1. 机器人手爪的设计 ........................................................................................... 7
3.1.1. 手指的设计 ............................................................................................. 7
3.1.2. 锥形块的设计及弹簧的选择 ................................................................. 7
3.1.3. 电磁铁的选择 ......................................................................................... 8
3.1.4. 手爪外壳尺寸设计 ................................................................................. 8
3.2. 腕部的设计 ....................................................................................................... 9
3.2.1. 腕部角度电机的选择 ............................................................................. 9
3.2.2. 联轴器选用 ........................................................................................... 10
3.2.3. 连接轴5的设计 ................................................................................... 12
3.2.4. 腕部垂直电机4的选用 ....................................................................... 15
3.3. 肘部的设计 ..................................................................................................... 21
3.3.1. 小臂的设计 ........................................................................................... 21
3.3.2. 肘部电机3的选择 ............................................................................... 21
3.4. 肩部的设计 ..................................................................................................... 26
3.4.1. 大臂的设计 ........................................................................................... 26
3.4.2. 肩部电机2的设计 ............................................................................... 27
3.5. 底座的设计 ..................................................................................................... 32
3.5.1. 肩板的设计 ........................................................................................... 32
3.5.2. 底座电机1的设计 ............................................................................... 32
4. 控制部分设计 ......................................................................................... 33
4.1. 控制方案的总体设计 ..................................................................................... 33
4.2. 围棋软件 ......................................................................................................... 33
4.3. 机械手的工作的流程 ..................................................................................... 34
4.4. 机械手的简介 ................................................................................................. 35
4.4.1. 机械臂的机构和传动系统 ................................................................... 35
4.5. 步进电机驱动部分 ......................................................................................... 36
4.5.1. 手腕角度步进电机5驱动器的选择 ................................................... 37
4.5.2. 带谐波减速器的步进电机驱动器的选择 ........................................... 37
4.6. 步进电机的制动 ............................................................................................. 38
4.7. 棋盘信号检测和反馈 ..................................................................................... 39
4.8. 运动控制卡的选用 ......................................................................................... 40
4.8.1. 运动控制卡型号 ................................................................................... 41
5. 结论 ......................................................................................................... 42
6. 参考文献 ................................................................................................. 43
7. 致谢 ......................................................................................................... 44
下围棋的机器人手臂设计 1
1. 绪论
1.1. 引言
近年来，各个国家和众多研究机构都在积极投入机器人的研究，覆盖各个领域。机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一，是现代机械学、自动控制学、计算机科学与工程学、人工智能学、微电子学、光学、通讯技术、仿生技术、社会学等多种学科和技术发展和结合的产物。即机器人技术是一门建立在机械、微电子、控制、人工智能技术等基础上的高度综合的先进科学技术。最初的机器人诞生于本世纪60年代，目前已经发展到第三代(智能机器人)。纵观机器人的发展史和科学技术的发展趋势，可以确定，机器人必将成为现代化发展中不可缺少的工具。故当今世界各国都在竞相发展机器人技术，使得机器人技术无论在技术的成熟度上、数量上还是其应用领域上都有前所未有的发展，因此一个世界范围的机器人研制热潮必将掀起。研究仿人机械手的目的，在于克服目前一般机器人末端操作手爪的局限性，扩大智能机器人在实际生产生活中的应用范围，使机器人能够真正灵巧地进行精细的、复杂的操作作业。
1.2. 国内外发展概况
(1) 2002年12月上海交通大学杨汝清、王春香、张伟军发明了一个象棋大师机器人。
这个发明主要包括：计算机、机器人手臂机器人控制器、棋盘、棋子及光电传感器，其连接方式为：计算机通过并行端口与机器人手臂控制器连接，棋盘上有棋子，棋盘上的网格共有90个交点，每个网格交点处都设置光电传感器，棋盘上90个光电传感器为阵列式分布[1]。
(2) 2003年8月上海交通大学王春香、杨汝清、贺继林申请了一个名为“机器人电子专
用棋盘”的发明项目。这个发明由棋盘和棋子组成，将霍尔元件阵列式排布在棋盘上，该棋盘共有M行、N列，在棋盘基座背面每个格子的交叉点处有一个方孔，作为霍尔元件定位用，孔底距离棋盘基座正面约1.5mm，每个孔内放置一个霍尔元件，共有MxN个霍尔元件，棋盘基座的每一列处开一窄槽，在棋盘行向中间处开一宽槽，作为总出线接口[2]。
(3) 2004年6月上海交通大学黄立波、夏庭锴、王春香、赵维江发表了一篇名为“实时
环境下的对弈机器人控制系统设计与分析”的文章，该对弈机器人主要由工控机、控制柜和机器人本体三大部分组成，机器人手臂采用了SCARA 结构，大小手臂的电机同轴安装在基座上，以减小手臂转动惯量，提高手臂的快速运动能力。手臂末端安装的手爪可以完成上下运动（接近和离开棋盘）和开合运动（放下和抓起棋子）。机器人本体前方平台上安放有电子棋盘，可感知棋局变化。控制柜中安装有电机驱动器、继电器组、电源等。系统软件采用了基于RTX 的单处理器体系结构[3]。
篇五：象棋对弈机器人控制系统设计
毕业设计（成套）
9. 基于普通转台参数化建模仿真与有限元分析
1. 加工中心头库双输出角度铣头设计
0. 2000公斤应变式传感器蠕变压力机及测控系统设计 0. 摆线针轮减速器的设计与动力学仿真
6. 气动工业机器人的结构设计
7. 中型单输出直角角度头设计及三维建模
7. 称重传感器预加载机结构设计（液压式）
8. CM6150车床进给箱的三维设计
0. 魔芋切片机的设计
9 10公斤应变式传感器蠕变压力机及测控系统设计
1. 象棋对弈机器人控制系统设计
0. 磨粉机喂料系统的设计研究
0. 单输出直角角度头的结构优化设计
6. 复杂截面螺杆的磨削技术研究
7. “8”字形截面蒙皮激光式切割机
7. 太阳能广告变换装置设
8. 焊接工业机器人结构设计
0. C25相位摩擦焊传动系统设计及整机仿真
面向弹钢琴的自动翻页装置
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齿轮插刀的有限元分析 沸腾热风炉设计
45度角度头设计及仿真
答辩无忧，值得下载！
体裁作文