自動下圍棋裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

卿海波 許金融 王廷軍 陳一帆 李航 王曉浩 劉文君

摘 要： 服務(wù)機器人已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，設(shè)計一種全自動下圍棋裝置，能夠自動交替落下黑白子，進行圍棋對弈表演。這種自動交互下圍棋裝置具有同步齒形帶X-Y運動單元，運動定位準確，噪聲小。存子單元、推子電機、落子單元，通過控制圍棋程序?qū)崿F(xiàn)交替落下黑白棋子。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，易于操作，有利于推廣圍棋一類的活動開展。

關(guān)鍵詞： 自動下圍棋裝置;對弈;運動單元;存子單元;推子電機;落子單元

目前，隨著人們物質(zhì)水平的提高，精神文化的消費日益凸顯，圍棋作為一種棋類運動也廣受大眾的青睞，但目前大眾化的圍棋對弈表演裝置還是空白，設(shè)計一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單的圍棋全自動對弈表演裝置有利于推廣圍棋一類的活動開展。

1 總體設(shè)計與工作原理

自動交互下圍棋裝置主要由同步齒形帶X-Y運動單元、存子單元、推子電機、落子單元等組成，通過控制圍棋程序?qū)崿F(xiàn)交替落下黑白子棋子。由單片機控制裝置的各個電機，保證裝置運作的準確性。如圖1所示，主要零部件包括轉(zhuǎn)盤電機1、轉(zhuǎn)盤2、黑子導管3、白字導管4、存子漏斗5、棋子10、落子漏斗11、托桿12、X導軌13、支撐桿14、Y導軌15、導軌電機16、棋盤17等。

首先通過支撐桿連接上部的轉(zhuǎn)盤電機以及轉(zhuǎn)盤并連接上落子平臺，轉(zhuǎn)盤上放置著兩根導管（儲子管），導管上部分別各有一個存子漏斗，用于儲存黑白兩色棋子，棋子通過導管落在下方的落子平臺上，導管與下部落子平臺之間有一定間隙，保證棋子能順利落下，另外落子平臺上在兩導軌之間有一個深度較淺的溝槽，能讓每次棋子只落下一顆，當轉(zhuǎn)盤電機正向轉(zhuǎn)動時，一導管經(jīng)過溝槽，一顆棋子落入溝槽，此時推子電機運作，帶動推桿向前，將棋子推入落子漏斗中，其中漏斗通過托桿連接在支撐桿上，之后棋子順著漏斗下部的導管落到棋盤上完成落子動作，管與棋盤隔開一定的合適距離，保證下一步棋的順利進行;當轉(zhuǎn)盤電機反轉(zhuǎn)時，另一導管經(jīng)過溝槽，又一不同顏色的棋子落入凹槽中，再如上述步驟一樣，棋子落到棋盤上完成落子動作，如此反復(fù)。存子漏斗中的棋子再通過重力作用自動滑入導管中，實現(xiàn)了自動下圍棋。

只需對于下部的X、Y導軌給出坐標位置命令，可以保證棋子的準確下落位置。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

2.1 X-Y運動單元

裝置下部由水平面上橫向?qū)к墸╔）與縱向?qū)к墸╕）組成，兩導軌交匯裝有滑塊，導軌一端裝有電機，導軌內(nèi)裝有同步帶輪，通過電機帶動，進而帶動滑塊運動，這樣可實現(xiàn)滑塊上的落子裝置能到達X、Y平面內(nèi)的任意一點。

X-Y運動單元包括X、Y兩向?qū)к壓突瑝K組成，導軌各自由一個電機控制，滑塊由兩向?qū)к壨蟿?，保證裝置能達到棋盤內(nèi)的所有位置，只需給予運動單元一個坐標指令即可。

2.2 存子單元

由支撐桿與下部運動單元連接，由轉(zhuǎn)盤、兩儲子導管以及兩存子漏斗構(gòu)成，分別儲存著兩色棋子，免去下一子就要往里添加的繁瑣，保證裝置下棋的連續(xù)性。

2.3 落子單元

主要由推子電機1、推桿2、溝槽3、落子平臺4、滑塊5、轉(zhuǎn)盤電機、落子漏斗構(gòu)成，通過轉(zhuǎn)盤電機的正反轉(zhuǎn)作用經(jīng)存子單元將黑白兩色棋子輸送到落子平臺的溝槽里，再由推子電機帶動推桿作用通過溝槽將棋子推入落子漏斗中，最后下在棋盤上。

3 裝置的特點

3.1 機械結(jié)構(gòu)與電機傳動

傳動裝置主要依靠電機傳動，由單片機控制電機，帶動橫向、縱向兩導軌運動，再由導軌上的滑塊帶動上部結(jié)構(gòu)完成落子。

3.2 雙導軌設(shè)計

雙導軌分為橫向、縱向?qū)к?，實現(xiàn)裝置能到達平面內(nèi)任意位置。

3.3 落子結(jié)構(gòu)

通過電機的正反轉(zhuǎn)分別落下黑、白棋子，兩棋子導管中間設(shè)有溝槽，保證棋子能從儲子管中順利落下并定位，保證推桿的動作到位，最后完成落子。

3.4 電源及供電系統(tǒng)

該裝置所使用直流電源為裝置中電機提供電能，它來自家庭用電，為220V。電源系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有電壓調(diào)節(jié)器，以保證電壓穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)，防止因電壓起伏過大而損壞設(shè)備。

4 結(jié)論

目前，隨著人們生活水平的提高，精神文化上的消費日益凸顯，各種興趣教育也是絡(luò)繹不絕，已經(jīng)普及到了大多數(shù)家庭中，其中不乏圍棋這一模塊。順應(yīng)這一潮流，我們的產(chǎn)品可以實現(xiàn)的是自動下圍棋，可用于家庭娛樂、各種大型的圍棋活動、圍棋的教學等領(lǐng)域。

參考文獻：

[1]楊家軍，張衛(wèi)國.機械設(shè)計基礎(chǔ).華中科技大學出版社，2003.

[2]成大先.機械設(shè)計手冊.化學工業(yè)出版社，2016.