CN110370255A - 基于自动棋盘检测的助老下棋系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于自动棋盘检测的助老下棋系统，所述系统包括两个机械臂、两套棋子和两个棋盘，所述两个机械臂包括本地机械臂和远程机械臂，所述两套棋子包括本地棋子和远程棋子，所述两个棋盘包括本地棋盘和远程棋盘，所述本地棋盘设置有本地控制器，所述远程棋盘设置有远程控制器，所述本地机械臂位于所述本地棋盘的一侧，本地机械臂与本地控制器进行通信，所述远程机械臂位于所述远程棋盘的一侧，远程棋盘与远程控制器进行通信，且所述本地控制器和所述远程控制器进行通信。本发明提供了一种线上线下相结合，连通网络与现实的一种助老下棋系统，基于自动棋盘检测可以精确获得本地棋盘的位置并发送给远程控制器。

Description

基于自动棋盘检测的助老下棋系统

技术领域

本发明属于智能机器人领域，具体涉及一种基于自动棋盘检测的助老下棋系统。

背景技术

象棋在我国具有悠久的历史，下象棋可锻炼脑力，预防老年痴呆，深受老年人的喜爱。传统方式的下象棋需要有两个人面对面在棋盘上对弈，下棋受刮风下雨等自然环境影响较大，自己或棋友若身体不舒服或腿脚不便也无法实现两人面对面对弈。如今虽然出现一种线上游戏平台，提供网络方式的线上象棋平台或APP，使得两个人无需面对面也可以在线下象棋。然而采用线上游戏的方式对老年人来说又存在着视力损伤的危险，容易引起眼部疲劳甚至导致白内障。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的问题，提供一种线上线下相结合，连通网络与现实的一种基于自动棋盘检测的助老下棋系统。

为了实现上述目的，本发明具有如下构成：

本发明提供了一种基于自动棋盘检测的助老下棋系统，所述系统包括两个机械臂、两套棋子和两个棋盘，所述两个机械臂包括本地机械臂和远程机械臂，所述两套棋子包括本地棋子和远程棋子，所述两个棋盘包括本地棋盘和远程棋盘，所述本地棋盘设置有本地控制器，所述远程棋盘设置有远程控制器，所述本地机械臂位于所述本地棋盘的一侧，所述本地机械臂和所述本地棋盘分别与所述本地控制器进行通信，所述远程机械臂位于所述远程棋盘的一侧，所述远程棋盘和所述远程机械臂分别与所述远程控制器进行通信，且所述本地控制器和所述远程控制器进行通信；

所述棋子包括外壳和设置于所述外壳内部的磁铁，各个所述棋盘包括依次叠加设置的盖板和电路板，所述电路板包括扫描电路，所述扫描电路包括多个磁性开关和与所述磁性开关一一对应的检测端口，所述扫描电路通过多个磁性开关检测所述棋盘中设置的棋子的位置，所述检测端口与所对应的控制器相连接。

可选地，所述外壳的底部开设有空腔，所述磁铁设置于所述空腔中，所述棋子还包括设置于所述磁铁的外侧的隔磁材料。

可选地，所述电路板包括第一电路板和第二电路板，所述第一电路板和所述第二电路板分别与对应的控制器进行通信，所述第一电路板包括第一扫描电路，所述第二电路板包括第二扫描电路，所述第一扫描电路和所述第二扫描电路分别基于多个磁性开关检测所述棋盘中放置的棋子的行数和列数。

可选地，所述第一扫描电路包括多个磁性检测组，各个所述磁性检测组包括一磁性开关和一二极管，各个所述磁性检测组设置有一检测端口，所述检测端口与所对应的控制器相连接，所述棋盘的每条列线被行线分割为多段列线，每段列线上分别设置有一磁性检测组，如果相邻两个磁性检测组的二极管由截止变为导通，则该相邻两个磁性检测组之间有磁场变化，即该相邻两个磁性检测组之间的行有棋子位置变化。

可选地，所述第二扫描电路包括多个磁性检测组，各个所述磁性检测组包括一磁性开关和一二极管，各个所述磁性检测组设置有一检测端口，所述检测端口与所对应的控制器相连接，所述棋盘的每条行线被列线分割为多段行线，每段行线上分别设置有一磁性检测组，如果相邻两个磁性检测组的二极管由截止变为导通，则该相邻两个磁性检测组之间有磁场变化，即该相邻两个磁性检测组之间的列有棋子位置变化。

可选地，所述电路板包括扫描电路，所述扫描电路包括多个磁性检测组，各个所述磁性检测组包括一磁性开关和一二极管，各个所述磁性检测组设置有一检测端口，所述检测端口与所对应的控制器相连接，所述棋盘由多条行线和多条列线组成，各个所述磁性检测组分别设置于一行线和一列线的交点上。

可选地，所述磁性检测组插装于所述电路板上，各个所述磁性检测组包括一磁性开关和一二极管，所述磁性开关垂直于所述电路板设置，且所述磁性开关位于一行线和一列线的交点上。

可选地，在检测棋子变化前，将所述电路板的检测端口均设置为高电平，如果一端口从高电平变为低电平，则该端口对应的位置处有棋子放下，如果一端口由低电平变为高电平，则该端口对应的位置处有棋子离开。

可选地，如果检测到一个棋子离开信号后，又检测到一个棋子放下信号，则判定为正常抬子落子动作，如果检测到一个棋子离开信号后，又检测到一个棋子离开信号，则判定为吃子动作，并根据下一次检测到的信号判断棋盘上棋子的最终状态。

可选地，检测中，如果连续检测到多于两个的电平变化信号，则每隔预设时间段保存当前检测到的电平变化信号，如果当前电平变化信号与前一时段电平变化信号的位置相同，则记录当前电平变化信号的位置为棋子放下的位置。

可选地，所述机械臂包括云台、抓手、前臂、前轴、中臂、中轴、大臂、第一舵机和动力臂，所述大臂可旋转地连接至所述云台的上方，所述大臂通过所述中轴与所述中臂可旋转地连接，所述中臂通过所述前轴与所述前臂可旋转地连接，所述前臂的末端设置有所述抓手，所述动力臂的一端与所述第一舵机连接并由所述第一舵机驱动，所述动力臂的另一端通过一连杆铰接至所述大臂，所述第一舵机与所对应的控制器相连接。

因此，本发明提供了一种线上线下相结合，连通网络与现实的一种助老下棋系统，基于自动棋盘检测可以精确获得本地棋盘的位置并发送给远程控制器。

附图说明

图1和图2为本发明一实施例的基于自动棋盘检测的助老下棋系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例的机械臂的结构示意图；

图4为图3中圆圈处放大图；

图5为本发明一实施例的棋子的结构示意图；

图6为图5中A-A方向的剖视图；

图7为本发明一实施例的第一扫描电路的示意图；

图8为本发明一实施例的第二扫描电路的示意图；

图9为本发明一实施例的控制器的结构示意图；

图10为本发明另一实施例的扫描电路的示意图；

图11为本发明一实施例的云台结构示意图；

图12为本发明一实施例的抓手结构示意图；

图13为本发明一实施例的棋盘的结构示意图；

图14、图15和图16为本发明另一实施例的棋盘的结构示意图。

附图标记：

1、本地机械臂 2、本地棋子 3、本地棋盘 4、本地控制器

5、远程机械臂 6、远程棋盘 7、远程棋子 8、远程控制器

11、抓手 102、从动前臂 103、主动前臂 104、固定件

105、前轴 106、主动中臂 107、从动中臂 108、定位杆 109、三角板

110、中轴 111、从动后臂 112、连杆 113、主动后臂 115、舵机

116、主动大臂 117、从动大臂 118、动力臂 119、助力弹簧

120、舵机支架 14、云台

21、φ50mm树脂象棋外壳 22、φ30mm铁氧体磁铁 23、隔磁材料

41、扫描电路A 411、A磁性开关(干簧管) 4111、A1-1磁性开关

4112、A1-2磁性开关 412、二极管 42、扫描电路B 421、B磁性开关(干簧管)

4211、B1-1磁性开关 4212、B1-2磁性开关 422、二极管

43、STC8A8K64S4A12主控板 44、吸盘组件控制模块 45、ESP8266-01WiFi模块

46、吸头定位检测模块 47、舵机控制模块

48、扫描电路C 481、二极管(SR540OL) 482、磁性开关(干簧管)

1401、定位弹簧 1402、固定盘A 1403、大轴承 1404、固定盘B

1405、固定盘C 1406、云台舵机 1407、运动盘A 1408、运动盘B

1409、运动盘C 1410、云台舵机支架

1101、舵机支架 1102、SG909G舵机 1103、舵机支架滑槽1104、干簧管

1105、吸头 1106、限位块 1107、限位开关 1108、吸头支架

1109、连杆滑槽

31、盖板 32、第一电路板 33、第二电路板

51、盖板 52、磁性检测组 53、电路板

521、T型套管 522、磁性开关(干簧管) 523、二极管

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在某些情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。

如图1和图2所示，本发明提供了一种助老下棋系统，本发明以一种象棋系统为例进行说明，然而可以理解的是，该系统也适用于其他如围棋、五子棋等棋类应用。该助老下棋系统至少由本地机械臂、本地棋子和本地棋盘以及远程机械臂、远程棋子和远程棋盘构成。本地机械臂、本地棋子和本地棋盘在第一棋手处，远程机械臂、远程棋子和远程棋盘在第二棋手处，第一棋手和第二棋手在相隔较远的不同的位置，本地机械臂和远程机械臂通过各自控制器上的WIFI接口经由因特网互联。

联通后，第一棋手和2对弈开始。假定第一棋手先下，第一棋手的下棋动作被本地棋子和本地棋盘感知并由本地控制器4传送到第二棋手处的远程控制器8，远程控制器8根据接收到的信息控制远程机械臂模拟第一棋手的动作下棋，第二棋手的下棋动作同样被远程棋子7和远程棋盘6感知并由远程控制器8传送到第一棋手处的本地控制器4，本地控制器4根据接收到的信息控制本地机械臂1模拟第二棋手的动作下棋。这样循环反复，第一棋手和第二棋手不仅实现了远程联网下棋，而且避免了传统网络平台对老年人视力的损伤危害。

如图3和图4所示，为本发明一实施例的机械臂的结构示意图。设计此机械臂的目标为实现对700×700棋盘位置的定位。云台用45号钢加工制成，用于控制机械臂旋转的角度，云台和舵机支架用螺栓螺帽紧固连接，舵机(DS3230MG)配合舵机连接件与动力臂相连，动力臂和舵机相连处因为受力较大，因此采用碳素钢制作而成，同时，又由于要对其做钻孔处理，因此设计时需要对将其和舵机相连的一端加工成圆球形，它的另一端与连杆铰连接并通过连杆和主动大臂铰连接，连杆采用碳素钢制成，它的宽度应比动力臂要宽，以保证它的强度。主动大臂和从动大臂用碳素钢加工而成，利用L型连接件与云台铰连接，为了保证机械臂完全伸展时的稳定性，在大臂和云台之间安装两根助力弹簧(拉伸弹簧)，弹簧和大臂之间的夹角应控制在5°～10°，两侧对称。大臂两侧安装有舵机，舵机带动两根45号钢制成的主动后臂，主动大臂、主动后臂，从动后臂以及三角板构成一个平行四边形结构，通过此结构，将主动后臂的运动传递到三角块，由三角块将运动的状态传递出去，三角板需要承受的力比较小，又考虑到它处于比较高的位置，对于主动臂来讲有比较大的力臂，用比较轻的碳素板制成。而安装在从动大臂上的舵机带动主动后臂，结合另外一个从动后臂以及主动中臂构成另一个平行四边形结构，此机构通过控制主动后臂的转动而带动主动中臂的转动，考虑到舵机的驱动能力，主动中臂采用比较轻、强度比较大的碳素板切割而成。大臂上端利用中轴进行铰连接，保证两大臂的位置相对静止(大臂之间另加了3根固定件，增加固定强度，图中只表示了孔的位置)。定位杆和从动中臂连接在三角板的下端，主动大臂的上端，用轻质材料制成(此处用碳素板制成)，这两条杆结合三角板以及主动前臂组成一个较小的平行四边形结构，将由三角板传输过来的动作传递到主动前臂上，控制机械臂前臂的运动。主动中臂和定位杆中间用固定件连接，固定件需要有一定的韧性，用合成塑料制成，此结构用于保持主动中臂和定位杆位置相对静止，从而保持机械臂的稳定性。主动前臂由从动中臂和定位杆连接，用轻质材料碳素板制成，其位置已被固定，要增加机械臂抓手，故加上从动前臂，从动前臂用碳素板制成，前轴(两轴均为高强度合金制成)将主动前臂、从动前臂、定位杆、以及主动中臂的另一端连接在一起，增加了机械臂前中臂的可靠性，主动前臂和从动前臂的另一端均与抓手相连。

本发明的省力效应由三个平行四边形结构、云台处四边形结构以及助力弹簧和舵机的安装位置来保证。连杆与大臂的连接处位于大臂中下方，动力臂长度小于连杆与大臂交点到大臂旋转点的距离，这样形成了一个四边形的省力机构。主动大臂、主动后臂，从动后臂以及三角板构成一个平行四边形结构；安装在从动大臂上的舵机带动主动后臂，结合另外一个从动后臂以及主动中臂构成另一个平行四边形结构；两个舵机均安装在大臂下端、靠近云台侧，降低了大臂的重心，增加了省力机构的可靠性。定位杆和从动中臂结合三角板以及主动前臂组成一个较小的平行四边形结构，同时三角板和靠近头的边比靠近云台的臂短；大臂和云台之间连接有助力弹簧，有效地使机械臂在伸长到最远距离时的稳定性大大提高。

如图6所示，为本发明一实施例的棋子的结构示意图。市场上现有的磁性棋子中，φ30mm铁氧体磁铁和隔磁材料的位置和图6中示出的结构正好相反，即现有的磁性棋子中磁铁位于最外侧，目的是保证棋子能吸在铁质棋盘上。本发明将位置互换了一下，以用于保证四个围成正方形的干簧管1104检测距离，同时又不影响棋盘底下扫描电路对棋子磁性的检测。

如图13所示，在该实施例中，该智能棋盘由盖板31、第一电路板32、第二电路板33组成，盖板31为700*700mm的木板制成的木质棋盘，第一电路板32、第二电路板33是由与盖板31等面积的木板和电子元器件组成的电路板，第一电路板32、第二电路板33的电路连接图分别如图7和图8所示。

因为一个象棋棋盘有90个点，每一个点我们用4个磁性开关检测，因此我们选择采用矩阵键盘的方式连接各个电子元器件。如图7所示以第一扫描电路41为例，该电路由11行水平线和9列垂直线组成，每条水平线和垂直线的交叉处不直接连通，而是通过一个411和二极管(SR540OL)连接。第一扫描电路41的每一段(411和二极管组成的单元)都放在象棋棋盘每一段列线上以检测棋子所在行数，同理第二扫描电路42的每一段都放在象棋棋盘的行线上以检测棋子所在的列数。若端口P51通低电平，端口P43通高电平，当磁性开关没有导通时(如4111)，端口P43为高电平，反之当4111导通时，端口P43变为低电平。根据这一原理可以依次判断各个磁性开关是否导通，从而进行进一步判断。当4111和4112由截止变为导通时，可以判断4111和4112中间有磁场变化，进而推导出第一行有棋子变化，同时4211和4212由截止变为导通时，可以判断出第一列有棋子变化，通过41和42的综合判断可以推测出第一行、第一列有棋子变化。

图13中的3个叉的意思是棋子落在行列交叉点上，检测的时候，如果该处有棋子，第一电路板32的对应列线上2个干簧管导通，第二电路板33的对应行线上2个干簧管导通，两者在空间位置上重叠后构成一个“十”字型检测，只有组成“十”的4个干簧管都导通，就说明有棋子，而这几个干簧管导通情况还可以说明棋子是否正好落在行列交叉点上。

当能检测棋子变化后就能够进一步判断棋子当前的动作：抬子、落子和吃子。先将所有的端口置为高电平，采用矩阵键盘逐行扫描的方式，当棋盘上有棋子时端口将会从高电平变为低电平，没有棋子是则保持高电平。在最开始通电时，先扫描整个棋盘的状态(各个点上是否有棋子)，并保存下来。当棋盘上的棋子发生变化时，扫描棋盘与上一状态进行比较，若发生变化的信号是由高电平变为低电平，则认为是落子；若信号是由低电平变为高电平，则认为是抬子，并将当前棋盘状态保存用于下一次比较。

棋子状态判断有两种特殊情况，一种是吃子判定，一种是滑动平移棋子后终点的判断。

当第一次棋子信号为抬子信号(低电平变为高电平)后，根据棋子下一个状态判断，如果下一个信号是落子信号(高电平变为低电平)，则判定为正常的抬子落子，如果下一个信号依然是抬子信号，则判定为这一动作是开始吃子的状态并将第一次状态变化的坐标与第三次状态变化的坐标进行比较，从而判断吃子方式以及棋盘上各个棋子的最终状态，以上为吃子判定的方式；对于棋子的移动，常规走子方式为先抬子-离开棋盘-落子，这种方式仅凭上述方式即可判断，而特殊走子方式：推动在棋子在棋盘上有起点平移至终点，在这一过程中，棋子会触发一系列的磁性开关，从而得到一系列的干扰信号，无法判断棋子的落子的位置在哪里。对于这一特殊情况，我们每隔1秒钟将触发的信号依次保存，并将新的信号与上一次的信号进行比较，若相等则输出作为终点坐标，反之则代替掉旧的信号进行下一次的比较。

如图9所示，为本发明一实施例的控制器的结构示意图。该控制器采用STC8A8K64S4A12主控板，该主控板的端口P50、P40～P47、P32、P33为扫描电路A的行检测端口，端口P51～P57、P35、P36为扫描电路A的列检测端口；端口P0～P7、P12、P13为扫描电路B的行检测端口，端口P20～P27、P15、P16为扫描电路B的列检测端口；通过P31和P30端口给舵机控制模块发送信号，P11和P10端口用本地系统和远程系统的WiFi通信；P10、P11、P14、P17端口用于检测吸头的X方向与Y方向的位置，P37端口用于检测吸头Z方向的位置。舵机控制板控制四个型号为DS3230 30KG的舵机以及两个sg90 9g舵机。Sg90 9g舵机的信号和电源由舵机控制板直接提供，四个舵DS3230 30KG的舵机信号由舵机控制板提供，电源由经过XL4016E1降压模块降压后的电源提供；吸盘的气源由12V直流电源驱动的微型真空泵提供，P34端口控制12V直流电源驱动的光耦继电器开关，从而控制12V直流电源驱动的电磁阀控制气体是否导通。

如图14～16所示，为本发明另一实施例的棋盘的示意图。该棋盘由盖板51、电路板53和插在电路板53中的磁性检测组52组成。磁性检测组52的结构如图16所示，其剖视图如图15所示。磁性检测组52包括T型套管521、磁性开关(干簧管)522和二极管523。且磁性开关(干簧管)522垂直于棋盘表面安装，且和棋盘的90行列交叉点一一对应，可以大幅提高干簧管磁场感应的强度和准确性。如图10所示，为该另一实施例的电路板53的扫描电路的结构示意图。该扫描电路是棋盘扫描的第二种方式，相较于第一种方式，该第二种磁性检测组采用插装在棋盘上的方式，如图15所示，这样比第一种扫描方式(第一扫描电路+第二扫描电路)少使用了至少一半的端口，而且最充分的利用了干簧管(磁性开关)的特性；从安装角度来看，较第一种扫描电路，该扫描电路的每一个磁性检测组(二极管和干簧管)，都插装在棋盘每一个行列线的交点上；从检测角度比较，从四个检测装置确定一点减少为一个检测装置确定一点，准确性有所降低。检测判定方式同上一实施例中第一种方式的检测方式。

如图11所示，为本发明一实施例的云台的结构示意图。云台舵机由初始位置开始运动，由于云台舵机的精度由云台上的定位弹簧作支撑，(当机械臂处于中间位置时，云台舵机的角度位90°)当所转角度小于90°时，云台左侧弹簧拉伸，当所转角度大于90°时，右侧弹簧拉紧，故云台在运动的时候应向偏离90°多转一个角度，转到给定值之后停止，确定机械臂的方向，接着从动大臂上的舵机运动，带动中臂运动到锁定位置，主动大臂调制前臂的位置，最后，云台上的舵机运动，变换大臂的角度，此时，机械臂的爪子已经到达指定位置。在完成上述动作之后，爪子上带动舵机支架滑槽运动的舵机开始运动，调节爪子抓取角度，等角度调定后，安装在舵机支架滑槽上的舵机控制吸头上下运动，最终到达指定位置。云台用来实现机械臂旋转。云台舵机通过螺栓螺母和固定盘C紧固；长螺栓顺着装配孔从固定盘A上端插入，固定盘A固定在轴承外圈上端，轴承的下端和固定盘B上端紧固，铜柱安装在固定盘B和固定盘C之间，在固定盘C下端的螺母和长螺栓紧固连接，固定云台的位置。运动盘A通过舵机连接块和舵机相连，中长度螺栓从运动盘A下端传入，运动盘A上端与轴承内圆下面紧贴，轴承内圈上端与运动盘B下端相连，运动盘B上端加小铜柱，使小铜柱和从下面穿上来的螺栓配合固定，同时长螺栓的与轴承的外圈相切，中长度螺栓与轴承内圈相切，由此使得运动盘和固定盘保持一定的同轴度。定位弹簧安装在运动盘C和固定盘A之间。运动盘C通过短螺栓和小铜柱固定在运动盘B上，使其与运动盘B具有运动的一致性。在运动盘C上端安装有舵机支架以及大臂连接点。以此为机械臂的旋转运动提供了结构支持。(除连接件外，云台制作材料均为45号钢)。

舵机一般会有0.5°左右的偏差，因此此机械臂主要存在着一个左右方向上的定位误差和上下的偏转误差，云台的旋转误差通过云台下面的定位弹簧来减小，当机械臂向左偏转时，右边的弹簧起作用，当机械臂向右偏转时，左边的弹簧起作用，这样无论机械臂处于哪个位置，因为有弹簧的存在，都会使得机械臂旋转到一个固定的位置，将偏差量固定化，达到水平方向旋精准定位的效果，竖直方向上的定位误差通过舵机的安装位置及机构间的配合来达成，竖直状态下机械臂因为重力向下运动，吧舵机竖直安装会使这部分的力传达到舵机的选装轴上，从而达到舵机旋转误差的固定，由此保证竖直方向上位置的精准定位。

如图12所示，为本发明一实施例的抓手的结构示意图。抓手的主要作用是调节吸头位置，达到对棋子的精准吸取，舵机支架上端与机械臂相连，由于此部位在机械臂前端，与机械臂运动关节较远，力臂较长，同时此处所需强度较低，因此选用比较轻的合成塑料作为制作材料，舵机支架下端和舵机相连，由舵机连接舵机支架滑槽，此机械结构的作用是调整吸盘的角度，使吸盘与棋盘面平行，确保能将棋子吸取，由于这个零件需要一定的韧性，所以这里采用合成塑料制成，在舵机支架滑槽上安装有另一个舵机，从舵机的旋转轴连出连杆滑槽，与安装在舵机支架滑槽内的吸头支架配合(吸头支架是一个滑杆加上一个空心圆台的L形零件，安装时，吸头从下面穿过圆台，从上面用螺帽固定)，组成一个滑块机构，将安装在舵机支架滑槽上舵机的旋转运动转化为吸头支架的竖直运动，实现了吸头的竖直运动，保证吸头可以吸到棋子，由于吸头支架和滑槽有较大的接触面积，应此，滑槽和吸盘支架都应做抛光处理，吸头支架的材料也是合成塑料，吸头紧固安装在吸头支架上(吸头中间段安装有弹簧)，在吸头的前端，安装限位块，当吸头碰到棋子时，吸头中的弹簧会收缩，使得限位块向上运动，在吸头支架相对限位块上的位置安装限位开关，使得在限位块向上运动时，限位开关可以做出反应。在限位块下部安装有干簧管，用于检测吸盘位于棋子位置，便于吸盘更好的定位。

下面以几个实施例具体介绍采用本发明的基于自动棋盘检测的助老下棋系统的应用方式。

实施例1：

人在本地棋盘用【抬子-离开棋盘-落子】的方式实现走棋，棋盘采用方式一扫描电路检测方法。

本地棋盘在上电时扫描棋盘上所有检测装置的状态并保存，此后每隔100ms对棋盘进行扫描，并与上一次保存的棋盘状态进行比较。当本地棋盘棋子被抬起时，棋盘上将有四个检测信号由低电平变为高电平，通过程序运算得出棋子坐标，本地棋盘将通过WiFi将该点坐标和状态(抬子信号)发送给远程棋盘，并保存当前棋盘状态用于下一次比较；远程棋盘进行信号判断，发送信号给舵机，实现整个机械臂移动到对应远程棋盘上的位置坐标上方，同时吸盘上的定位检测模块开始检测(若左边干簧管状态发生变化，机械臂则往左侧移动，其余三个方向同理)，保证机械臂精确定位。当检测模块无信号变化后，吸盘头开始垂直向下移动至限位开关触发，同时触发吸盘组件吸气模块使吸头开始吸气，延时一秒后，机械臂返回至初始动作状态。当本地棋盘棋子落下后，棋盘上有四个检测信号由高电平变为低电平，通过程序运算得出棋子坐标，本地棋盘将通过WiFi将该点坐标和状态(落子)发送给远程棋盘，并保存当前棋盘状态用于下一次比较；远程棋盘进行信号判断，发送信号给舵机，实现整个机械臂带动棋子移动到对应远程棋盘上的位置坐标上方，若对应坐标的四个干簧管有一个无信号变化，机械臂向该方向移动直至四个干簧管均有信号变化后，吸盘头开始垂直向下移动至限位开关触发，吸头停止吸气，延时一秒后机械臂返会初始位置。

实施例2：

人在本地棋盘用【棋盘上水平滑移】的方式实现走棋，棋盘采用方式一扫描电路检测方法。

棋子在本地棋盘上水平滑移时，棋盘上会得到一系列的信号变化，通过程序运算的到一系列有信号变化的坐标。在滑移开始时，会有四个干簧管的信号由低电平变为高电平，从而得到第一个点的坐标，通过WiFi将该点坐标和状态(抬子)发送给远程棋盘，并保存当前状态用于下一次比较，远程棋盘得到坐标和状态信号后采用同上操作；本地棋盘每隔0.5s保存该时刻信号变化的坐标，若两次坐标不同则将新的坐标替换掉旧的坐标用于下次比较，若两次坐标相同，本地棋盘通过WiFi将该点坐标和状态(落子)发送给远程棋盘，并保存当前棋盘状态用于下一次比较，远程棋盘根据信息控制机械臂动作，操作过程同上。

实施例3：

人在本地棋盘用【抬子-离开棋盘-落子】的方式实现走棋，棋盘采用方式二扫描电路检测方法。

由于方式二是一个点采用一个检测装置，所以发生信号变化的检测装置的坐标即为棋子发生动作的坐标。当本地棋盘棋子被抬起时，棋盘上将有一个信号由低电平变为高电平，本地棋盘将通过WiFi将该点坐标和状态(抬子信号)发送给远程棋盘，并保存当前棋盘状态用于下一次比较，远程棋盘进行信号判断，发送信号给舵机，实现整个机械臂移动到对应远程棋盘上的位置坐标上方，同时吸盘上的定位检测模块开始检测(若左边干簧管状态发生变化，机械臂则往左侧移动，其余三个方向同理)，保证机械臂精确定位。当检测模块无信号变化后，吸盘头开始垂直向下移动至限位开关触发，同时触发吸盘组件吸气模块使吸头开始吸气，延时一秒后，机械臂返回至初始动作状态。当本地棋盘棋子落下后，棋盘上有一检测信号由高电平变为低电平，本地棋盘将通过WiFi将该点坐标和状态(落子)发送给远程棋盘，并保存当前棋盘状态用于下一次比较；远程棋盘进行信号判断，发送信号给舵机，实现整个机械臂带动棋子移动到对应远程棋盘上的位置坐标上方，若对应坐标无信号变化且其周围有干簧管发生信号变化，则将机械臂朝有信号变化的干簧管方向移动直至目标干簧管有信号变化，此时吸盘头开始垂直向下移动至限位开关触发，吸头停止吸气，延时一秒后机械臂返会初始位置。

实施例4：

人在本地棋盘用【棋盘上水平滑移】的方式实现走棋，棋盘采用方式二扫描电路检测方法。

棋子在本地棋盘上水平滑移时，棋盘上会得到一系列的信号变化。在滑移开始时，会有一个干簧管的信号由低电平变为高电平，从而得到第一个点的坐标，通过WiFi将该点坐标和状态(抬子)发送给远程棋盘，并保存当前状态用于下一次比较，远程棋盘得到坐标和状态信号后采用同实施例3操作；本地棋盘每隔0.5s保存该时刻信号变化的坐标，若两次坐标不同则将新的坐标替换掉旧的坐标用于下次比较，若两次坐标相同，本地棋盘通过WiFi将该点坐标和状态(落子)发送给远程棋盘，并保存当前棋盘状态用于下一次比较，远程棋盘根据信息控制机械臂动作，操作过程同上。

实施例5：

人在本地棋盘用【抬子-移动到被吃子上方-交换两棋位置】的方式实现吃子，棋盘采用方式一扫描电路检测方法。

同实施例1第一次抬子信号和坐标通过wifi发送给远程棋盘实现相应动作，当本地棋盘的棋子移动到另一个棋子上方时，由于红方和黑方的棋子我们采用不用的磁极，恰好能够相互抵消，此时棋盘上被吃棋子周围的四个干簧管由低电平变为高电平，这里第二次出现了高电平-低电平的情况，我们根据这一特殊情况断定为该状态为开始吃子状态，若不是该情况，则视为常规的棋子抬起落下方式，两棋子交换后这四个干簧管信号又从低电平转化为高电平，与第一次发生信号变化的坐标不一致，记为吃子方式一，并将这一信号以及第二个信号变化坐标通过wifi发送给远程棋盘并使机械臂作出相应动作。

实施例6：

人在本地棋盘用【抬起被吃棋子-移动到棋盘外-抬起另一棋子-代替被吃棋子位置】的方式实现吃子，棋盘采用方式一扫描电路检测方法。

同实施例1第一次抬子信号和坐标通过wifi发送给远程棋盘实现相应动作，当另一棋子被抬起时，棋子周围的四个干簧管信号由低电平变为高电平，两次信号变化相同，判定为开始吃子状态，代替被吃棋子的状态，此时第一次发生信号的四个干簧管又从高电平变为低电平，两次发生信号的坐标一致，记为吃子方式二，并将这一信号以及第二个信号变化坐标通过wifi发送给远程棋盘并使机械臂作出相应动作。

实施例7：

人在本地棋盘用【抬子-移动到被吃子上方-交换两棋位置】的方式实现吃子，棋盘采用方式二扫描电路检测方法。

方式二仅仅将四个干簧管判定一个坐标变成一个干簧管判定一个坐标，其余检测方式同实施例5。

实施例8：

人在本地棋盘用【抬起被吃棋子-移动到棋盘外-抬起另一棋子-代替被吃棋子位置】的方式实现吃子，棋盘采用方式二扫描电路检测方法。

用检测方式二替换检测方式一，其余同实施例6。

实施例9：

当棋盘接收到信号变化点的坐标和抬子信号时：

主控板向舵机控制板发送对应的运动组信息，舵机控制板对主控板发送过来的信息进行任务执行：1、舵机控制板控制云台舵机运动，使指定点的位置落在机械臂所处的直线上。2、舵机控制板给从动大臂上的的舵机发送数据，控制从动大臂上的舵机运动，从而驱动主动中臂运动到指定位置。3、舵机控制板控制主动大臂上的舵机运动，驱动前臂运动到指定位置。4、云台上方的舵机运动，带动大臂旋转，使爪子的位置落在目标点附近。5、爪子上控制舵机支架滑槽运动的舵机运动，调整吸盘的位置，使吸盘落在所要到达的点上方。6、利用检测装置检测爪子位置，将检测信息发送给主控板。7、主控板对发送进来的数据进行判断，若判断结果为位置正确，则发送信息给舵机控制板进行下一步操作；若判断结果为位置不正确，主控板会对所发过来的信号进行分析处理，从而发送位置信息给舵机控制板，让舵机控制板继续执行同1～6动作，直至主控板收到正确的位置信息。8、舵机控制板控制舵机支架上的舵机旋转，使吸盘向下运动，同时检测限位开关有无触发，若限位开关触发，停止舵机的运动，9、主动板控制小气泵工作，吸取棋子。10、主控板控制舵机控制板复位，使机械臂回到最初位置，此时小气泵工作。

实施例10：

当棋盘接收到信号变化点的坐标和落子信号时，主控板向舵机控制板发送对应的运动组信息，舵机控制板对主控板发送过来的信息进行任务执行：1、舵机控制板控制云台舵机运动，使指定点的位置落在机械臂所处的直线上。2、舵机控制板给从动大臂上的的舵机发送数据，控制从动大臂上的舵机运动，从而驱动主动中臂运动到指定位置。3、舵机控制板控制主动大臂上的舵机运动，驱动前臂运动到指定位置。4、云台上方的舵机运动，带动大臂旋转，使爪子的位置落在目标点附近。5、爪子上控制舵机支架滑槽运动的舵机运动，调整吸盘的位置，使吸盘落在所要到达的点上方。6、主控板读取目标点对应干簧管的数据信息并以此判断需落棋子位置，若判断结果为位置正确，则发送信息给舵机控制板进行下一步操作；若判断结果为位置不正确，主控板会对读取信号进行分析处理，从而发送位置信息给舵机控制板，让舵机控制板继续执行同1-6动作，直至主控板读取到正确的位置信息。7、舵机控制板控制舵机支架上的舵机选装，使吸盘向下运动，同时检测限位开关有无触发，若限位开关触发，则使舵机反向运动5°然后停止，8、主动板控制小气泵停止工作，放置棋子。10、主控板控制舵机控制板复位，使机械臂回到最初位置。

实施例11：

远程棋盘吃子方式1信号操作：

主控板接收到抓子信号，执行实施例9抓子动作，收到吃子方式1的信号：

主控板给舵机控制板发送放回抓取棋子位置的指令，舵机控制板控制机械手执行落子动作(实施例10)，将所抓棋子放回原位，舵机控制板发送任务完成信号给主控板(后面省略该步骤)，主控板发送第二个所需抓棋子位置信息给舵机控制板，舵机控制板控制机械抓手取该位置棋子，主控板给舵机控制板发送落子信息，落子点位于棋盘外，舵机控制板执行落子动作，主控板结合舵机控制板控制机械手将最初抓取的棋子放置于位置二，最后回到初始位置。

实施例12：

远程棋盘吃子方式2信号操作：

主控板接收到抓子信号，执行实施例9抓子动作，收到吃子方式2的信号：

主控板给舵机控制板发送落子信息，落子点位于棋盘外，舵机控制板执行落子动作，主控板给舵机控制板发送第二个棋子的位置信息，舵机控制板抓取第二个棋子，主控板给舵机控制板发送第一个棋子的位置，舵机控制板控制机械手将棋子放置第一个位置，最后返回初始位置。

综上所述，本发明提供了一种线上线下相结合，连通网络与现实的一种助老下棋系统，基于自动棋盘检测可以精确获得本地棋盘的位置并发送给远程控制器。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，所述系统包括两个机械臂、两套棋子和两个棋盘，所述两个机械臂包括本地机械臂和远程机械臂，所述两套棋子包括本地棋子和远程棋子，所述两个棋盘包括本地棋盘和远程棋盘，所述本地棋盘设置有本地控制器，所述远程棋盘设置有远程控制器，所述本地机械臂位于所述本地棋盘的一侧，所述本地机械臂和所述本地棋盘分别与所述本地控制器进行通信，所述远程机械臂位于所述远程棋盘的一侧，所述远程棋盘和所述远程机械臂分别与所述远程控制器进行通信，且所述本地控制器和所述远程控制器进行通信；

所述棋子包括外壳和设置于所述外壳内部的磁铁，各个所述棋盘包括依次叠加设置的盖板和电路板，所述电路板包括扫描电路，所述扫描电路包括多个磁性开关和与所述磁性开关一一对应的检测端口，所述扫描电路通过多个磁性开关检测所述棋盘中设置的棋子的位置，所述检测端口与所对应的控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，所述外壳的底部开设有空腔，所述磁铁设置于所述空腔中，所述棋子还包括设置于所述磁铁的外侧的隔磁材料。

3.根据权利要求1所述的基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，所述电路板包括第一电路板和第二电路板，所述第一电路板和所述第二电路板分别与对应的控制器进行通信，所述第一电路板包括第一扫描电路，所述第二电路板包括第二扫描电路，所述第一扫描电路和所述第二扫描电路分别基于多个磁性开关检测所述棋盘中放置的棋子的行数和列数。

4.根据权利要求3所述的基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，所述第一扫描电路包括多个磁性检测组，各个所述磁性检测组包括一磁性开关和一二极管，各个所述磁性检测组设置有一检测端口，所述检测端口与所对应的控制器相连接，所述棋盘的每条列线被行线分割为多段列线，每段列线上分别设置有一磁性检测组，如果相邻两个磁性检测组的二极管由截止变为导通，则该相邻两个磁性检测组之间有磁场变化，即该相邻两个磁性检测组之间的行有棋子位置变化；

所述第二扫描电路包括多个磁性检测组，各个所述磁性检测组包括一磁性开关和一二极管，各个所述磁性检测组设置有一检测端口，所述检测端口与所对应的控制器相连接，所述棋盘的每条行线被列线分割为多段行线，每段行线上分别设置有一磁性检测组，如果相邻两个磁性检测组的二极管由截止变为导通，则该相邻两个磁性检测组之间有磁场变化，即该相邻两个磁性检测组之间的列有棋子位置变化。

5.根据权利要求1所述的基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，所述电路板包括扫描电路，所述扫描电路包括多个磁性检测组，各个所述磁性检测组包括一磁性开关和一二极管，各个所述磁性检测组设置有一检测端口，所述检测端口与所对应的控制器相连接，所述棋盘由多条行线和多条列线组成，各个所述磁性检测组分别设置于一行线和一列线的交点上。

6.根据权利要求5所述的基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，所述磁性检测组插装于所述电路板上，各个所述磁性检测组包括一磁性开关和一二极管，所述磁性开关垂直于所述电路板设置，且所述磁性开关位于一行线和一列线的交点上。

7.根据权利要求1所述的基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，在检测棋子变化前，将所述电路板的检测端口均设置为高电平，如果一端口从高电平变为低电平，则该端口对应的位置处有棋子放下，如果一端口由低电平变为高电平，则该端口对应的位置处有棋子离开。

8.根据权利要求7所述的基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，如果检测到一个棋子离开信号后，又检测到一个棋子放下信号，则判定为正常抬子落子动作，如果检测到一个棋子离开信号后，又检测到一个棋子离开信号，则判定为吃子动作，并根据下一次检测到的信号判断棋盘上棋子的最终状态。

9.根据权利要求7所述的基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，检测中，如果连续检测到多于两个的电平变化信号，则每隔预设时间段保存当前检测到的电平变化信号，如果当前电平变化信号与前一时段电平变化信号的位置相同，则记录当前电平变化信号的位置为棋子放下的位置。

10.根据权利要求9所述的基于自动棋盘检测的助老下棋系统，其特征在于，所述机械臂包括云台、抓手、前臂、前轴、中臂、中轴、大臂、第一舵机和动力臂，所述大臂可旋转地连接至所述云台的上方，所述大臂通过所述中轴与所述中臂可旋转地连接，所述中臂通过所述前轴与所述前臂可旋转地连接，所述前臂的末端设置有所述抓手，所述动力臂的一端与所述第一舵机连接并由所述第一舵机驱动，所述动力臂的另一端通过一连杆铰接至所述大臂，所述第一舵机与所对应的控制器相连接。