CN2527324Y - 通过机器识别与操作的棋具 - Google Patents

Abstract

一种通过机器识别棋局与操作棋子的棋类用具。它具有普通或特制的棋子与棋盘，嵌入特制软件的单片机系统或嵌入式计算机系统，棋局识别装置和机械移动装置。计算机系统控制有多种实现办法的棋局识别装置，对当前的棋局进行准确地识别，然后控制机械手或类似机械装置移动棋子。使得人员缺少或不在同一地点的时候，游戏人员也能用棋子与棋盘的实物(而非平面显示)进行具有强烈真实感的游戏娱乐活动；同时还能代替或帮助游戏人员完成一系列其它的游戏辅助功能，如收棋、摆棋、记谱、记时、报时、复盘、打谱等，提高游戏的娱乐性。

Description

通过机器识别与操作的棋具

所属技术领域

本实用新型涉及一种通过机器识别与操作的棋类用具，包括中国象棋、国际象棋、围棋、军棋、四国大战棋、五子棋、跳棋等具有棋子与棋盘的游戏智能用具。

背景技术

目前，公知的棋类游戏方式两种：一种是人与人直接面对地观看棋局并操作棋子来游戏；另外一种是游戏参与者通过机器的平面显示(如计算机、电视机屏幕等)观看棋局，通过特定设备(如键盘、鼠标、游戏杆等)模拟操作棋子，来实现人与机器或异地的人与人之间的游戏。前者是千百年来不断改进积累的经典游戏方法，具有真实性、游戏娱乐性特别强的优点；但要求所有参与游戏的人都要集中到一个物理地点，在现代社会生活节奏加快，人与人之间逐渐隔离的情况下，很不容易聚在一起游戏；同时还有许多烦琐的游戏辅助工作(比如收棋、摆棋、记谱、记时、报时、复盘、打谱、裁判、围棋的点目、资料存储与检索等)需要人工去做，影响了娱乐效果。后者正好克服了前者的缺点，在人员不齐的情况下可以用机器代替，或通过机器使得人可以在异地游戏，同时还可以借助机器完成前述的游戏辅助工作；但带来了游戏真实感的减弱，并在很大程度上影响了游戏者水平的发挥，大大降低了游戏的娱乐性。现在有若干技术试图把二者结合起来，但都只能完成部分的功能。如：专利86102182通过编码和逻辑电路检测手段，完成军棋的自动裁判功能；专利93103993通过电容检测手段，专利95237702通过干簧管和磁铁检测手段，专利96103141通过霍尔元件和磁铁检测手段，专利00107744通过光检测手段，专利00266997通过电感检测手段，完成围棋或其它多种棋类的自动记谱、记时功能；专利96108950通过发光管完成打谱与复盘功能；专利99101975通过磁铁的NS极检测，完成围棋的自动记谱、记时、点目功能，同时依靠平面显示后手工完成打谱与复盘功能；专利00223229通过电阻、电感、电容、条形码、重量、非接触式IC卡等手段，完成中国象棋、国际象棋、围棋的自动记谱、记时功能。这些技术实际上仍只是完成了单边的工作：考虑到了真实性，也完成了一部分的辅助工作，但仍要求游戏参与者集中到一个物理地点，并且有些辅助工作仍无改善(如除专利96108950外，均要求手工打谱与复盘)；无法完成具有强烈真实感的缺人或异地的游戏娱乐活动。

发明内容

为了克服现有技术无法完成具有强烈真实感的缺人或异地的游戏娱乐活动的缺点，本实用新型提供一种棋类用具，使得人员缺少或不在同一地点的时候，也能用实物(而非平面显示)进行具有强烈真实感的游戏娱乐活动；同时还能完成一系列其它的游戏辅助功能，提高游戏的娱乐性；这些游戏辅助功能包括：收棋、摆棋、记谱、记时、报时、复盘、打谱、裁判、围棋的点目、资料存储与检索、实时或非实时挂盘转播与讲评、异地人(或机器)与人对话、异地观看其他人的现场活动(或静止)影像等。

本实用新型解决其技术问题采用如下的技术方案实现。

采用普通或特制的棋子与棋盘，具有特制软件的单片机系统或嵌入式计算机系统通过特定的棋子与棋盘识别装置，对当前的棋局进行准确地识别，然后控制机械手或类似机械装置移动棋子。这样，人们游戏时，面对的就是完全真实的棋子与棋盘，并且也不需要替别人做一些应该是别人完成的操作。完全像是其他人在本地一样，他只要直接观看棋局，操作自己的棋子，就可以完成整个游戏过程，因而具有强烈的游戏真实感。如果缺少人员，单片机系统或嵌入式计算机系统可以通过特制软件的控制来模拟成其他人员(包括裁判)参与游戏；如果参与游戏的人员不是在同一个物理地点，则其他人可以通过计算机网络(如Internet网、局域网、无线网、电话线路、微波线路、卫星线路等)将其它地点的当前棋局传送到本地，然后就可以通过本地计算机系统控制机械装置来参与游戏。

参看附加图1和图2，棋具主要由普通(或特制)棋子[3]、普通(或特制)棋盘[4]、能拾紧或放松棋子的拾放(头)装置[7]、能移动棋子拾放(头)装置[7]的机械装置[6/8/9/10/14/15]、摄像(头)装置[11]、显示器[1]、喇叭[17]、麦克风[16]、按键[2]、电路板[12]、外壳等部件组成；电路板[12]上含有CPU，永久存储器，各种辅助检测、控制、通讯、驱动电路，各种电路接口等。在具体实现时，摄像(头)装置[11]、显示器[1]、喇叭[17]、麦克风[16]、按键[2]大多完成辅助功能，是属于可选择的、不必非要完成的部件。

棋子放置在棋盘的特定位置上。棋子可以被棋子拾放头通过机械、真空或电磁手段拾取、放下。棋子拾放头固定在可在棋盘上三维移动的机械装置上。该机械装置通过齿轮、齿条等机械结构件连接到电动马达[9/10/14]上。电动马达[14]固定在棋盘底座上，然后通过导线连接到电路板的马达驱动电路上。摄像头[11]安放在棋盘[4]的侧面(或顶部)，相对于棋盘[4]平面具有一定高度或距离(棋盘不是水平放置时)处，其电路输出信号通过电缆连接到电路板[12]的图像采集电路上。显示器[1]连接到电路板[12]的显示驱动卡上。喇叭[17]和麦克风[16]连接到电路板[12]的声卡上。按键[2]连接到电路板[12]的键盘接口电路上。通讯线路连接到电路板[12]的通讯接口电路上。采用特制的棋子棋盘时，棋子内安放特定的材料或电路；由于棋子只能放置在棋盘的特定位置上，棋子传感装置[13]就放置在棋盘下面这些相应的特定位置处，所有的传感装置(一般通过矩阵式连接法)连接到电路板[12]的信号放大检测接口电路上。由于棋子与棋盘与识别装置、移动棋子的机械装置种类很多，且具有复杂的配套实现关系，参看后面的介绍以了解各种可能的实现与连接办法。

在棋局被机器识别并可以存储后，一些游戏辅助功能(记谱、记时、不需要手动的裁判、围棋的点目、资料存储与检索)就可以通过计算机系统的软件程序很容易地实现；另外一些游戏辅助功能(收棋、摆棋、复盘、打谱、需要手动的裁判、实时或非实时挂盘转播)只需要再加上一个能控制机械装置精确运动的软件程序，也可以很容易地实现；加上声卡以及外围的喇叭和麦克风以后，可以通过软件程序控制完成声音报时、讲评、异地人(或机器)与人对话的辅助游戏功能；加上视频卡、平面显示器、视频采集卡、摄像头后，可以通过软件程序控制完成显示报时、异地观看其他人的现场活动(或静止)影像的辅助游戏功能。为了更好地异地传送声音与图像，可以采用很多已经成熟的软硬件压缩、解压缩技术。由于完成这些游戏辅助功能的软、硬件技术，以及单片机系统或嵌入式计算机系统技术(包括网络通讯接口技术，如以太网、Arcnet网、RS232/485、USB等)，目前在计算机行业和通讯行业里都是通用的技术，不存在什么技术难度，一般技术人员都能很容易地实现，因此在此不再深入详细说明。需要提醒的是，这些通用软件和计算机系统也可以在通用计算机系统(如PC微机)上实现，然后通过接口(机内插卡或外接方式)控制一个功能非常简单的单片机系统。这个简单的单片机系统主要是完成一些直接的电子与机械检测与控制，和一些实时性要求比较强的运算操作功能。这个方案的好处是可以直接利用目前已非常普及的个人计算机和其它类型的计算机系统，从而降低整个棋具的成本。

下面对棋子与棋盘及其识别装置，和移动棋子的机械装置分别进行说明。

棋了与棋盘与识别装置具有对应关系，有两种典型的实现方案。

一种方案是采用传统的棋子与棋盘，不做任何改变，利用摄像头和图像识别技术实现棋局的识别。在棋盘的侧面(或顶部)，相对于棋盘平面具有一定高度或距离(棋盘不是水平放置时)处，安放一个摄像头(或类似装置)。然后就可以摄取棋局的状态，通过A/D转换将这些图像转换为数字图像(也可以直接采用数字摄像头，就可以省略A/D转换)。然后送入计算机系统，通过数字图像识别技术，用纯软件程序，比较一下预先存储在计算机系统中特定棋子棋盘与特定图案的对照关系表，就可以直接识别出当前的棋局状态(即什么棋子处于棋盘的什么位置)。然后就可以直接将识别后的棋局送入计算机系统进行下一步的处理。由于游戏过程中，棋局的变化实际上只体现在棋子个数、位置、以及角度旋转的变化，因此整个的变动体现在数字图像处理技术中就只是特征图像的平移、旋转和匹配。并且由于棋子个数很少，相应的特征图案很少且不变化，基本上没有噪声干扰，所以即使以现阶段的技术水平看，此图像识别也是非常简单，一般的图像处理技术人员可以容易地实现。为了简化立体棋子(如立体国际象棋)可能需要多个侧面取样，造成的特征图像增多，因而识别难度加大的问题，可以在立体棋子的外表面加上一些旋转不变的特征图案(当然各个棋子的特征图案各不相同)，比如画上一些环状的装饰性彩色条纹或条形码。这样，可以在不影响任何外观感觉的同时，减少图像识别的技术难度，提高识别性能，降低整个棋具的成本。

另一种方案是在不影响外观真实感的情况下，在棋子的表面或内部设置可供自动检测并区分棋子名的信号源或识别标记，在棋盘内部设置与识别标记相对应的检测电路，然后将检测到的信号送入计算机系统中，通过分析处理，就可以实现棋局的识别。由于棋子只能放置在棋盘的特定位置上，检测电路的传感装置就可以放置在这些特定位置处。棋子识别标记可以有很多类型：频率、电(金属、电阻、电容、电感)、磁(永磁体、电磁体)、超声波、射频微波、红外线、可见光、压力和条形码图案等。一般情况下，应该在不同棋子名的棋子中，放入不同的识别标记(如中国象棋应该有14种识别标记，围棋有2种识别标记)，以便于随时对棋局进行准确地检测与核查。但为了降低棋具成本及实现复杂度，对一些具有固定开局初始状态和固定行棋步骤的棋类，如中国象棋、国际象棋、围棋、五子棋、跳棋等，可以只在棋子中放入1种识别标记，能够让棋盘检测电路判断出在某个棋盘落子位置上有无棋子即可。这时，棋子名的识别可以利用计算机系统根据开局初始状态和行棋步骤，通过对棋子的移动进行跟踪记录和分析来实现。用于检测棋局时，有很多种传感器的技术实施方案，均能准确识别棋子与棋盘状态。下面介绍几种不同类型的棋子识别标记及其对应识别装置的案例。

1、识别标记采用频率。

不同的棋子名采用不同的频率点来标识与区分。在棋子内部放置一个简单的无源LC回路，其谐振频率就是预先分配给该棋子名的频率点。在棋盘可放置棋子的固定放置处，放置一个电感，并施加需检测的棋子名所对应的频率。棋子内与棋盘内的两个电感之间存在与距离强相关的电磁耦合。当该棋子放置在棋盘的该位置上时，通过电感之间的电磁耦合，LC回路发生谐振，其谐振阻抗反映到棋盘内的电感上，等价于在棋盘内的电感上叠加一个非常大的阻抗：理论上将产生一个无穷大阻抗(由于实际材料的影响，将不可能是无穷大)。如果施加的检测频率不是该频率点，则LC回路不会发生谐振，叠加的反映阻抗将非常小。通过检测不同频率时，阻抗大小的变化，就可以判断放置的棋子是否具有特定的棋子名。由于两个电感之间存在的电磁耦合与距离强相关，随着距离的增加其耦合系数以距离的3次方的速度迅速减少，二者之间相隔一定的距离后，可以近似于没有耦合作用，因此，可以很容易地保证棋盘上两个相邻的检测点之间不会相互干扰。

棋盘与棋子中的电感都是绕制在有一定方向性的磁性材料上。该磁性材料的选择必须考虑到二者靠近时要能增加耦合系数。基于成本、工作频率、导磁率等综合因素的考虑，一般可以选择使用铁氧体材料(当然也可以用其它材料)。简单一点的话，可以用圆柱形状，线圈绕制在圆柱体上，当棋子放在棋盘上时，棋子中绕制电感的圆柱体的底面与棋盘中绕制电感的圆柱体的顶面相互平行(靠拢但不一定直接接触)。也可以使用其它比较复杂的形状以增加耦合系数或改善其它耦合性能。该磁性材料的导磁率越高越好；其工作频率根据所需要标记的频率选择；由于LC回路中只有交流信号，对磁饱和密度没有要求，可以不考虑。在实际电路中，为了提高谐振和非谐振之间反映阻抗的差别，谐振频率应该选得越高越好；但频率太高以后，对频率发生及检测电路的要求提高，同时对防辐射、防干扰以及降低对外的辐射也不利，不利于提高EMC性能；因此，频率的选择应该控制在一定限度内，正常可以考虑在50KHz～500KHz的范围内，这正好也在铁氧体材料的典型工作频率范围内。

识别标记的频率点之间留有一定的频率间隔，以适应实际情况中材料的不一致和参数漂移引起的频率漂移。LC回路的Q值越高，需保留的频率间隔也就越小，也就越能充分利用频率带宽，同时谐振和非谐振之间反映阻抗的差别也越大。因此，在实际材料的制约下，应该尽量降低电感线圈的阻值，以提高Q值，典型情况应该可以考虑线圈的直流电阻值小于1欧姆。

在需要表示的棋子名很多(如四国大战棋)时，可以把预先选择好的多个频率点放在同一个棋子中。通过采用不同频率组合来区分特定棋子名的办法，减少所需要使用的频率点，减少需严格划分与制作很多频率点的技术难度，从而可以从总体上降低棋具的成本。

2、识别标记采用电磁感应材料。

在棋子内部放置一些电磁感应材料，如金属、永磁体、电磁体等，在棋盘上可放置棋子的固定放置处，放置一个对电磁场改变敏感的电感、电容或其它电磁敏感器件(如霍尔元件、干簧管等)、金属探测器等，就可以实现非接触式棋子识别。当棋子放到检测点后，将会改变该处的电磁场的大小和空间密度结构，通过电磁敏感器件的检测，会转化为电信号大小的改变，然后就可以通过正常的电路对电信号处理分析，检测到该棋子。对电磁场改变敏感的电感、电容一般不是在市场上通常直接采购到的成品，而是使用电磁材料特制的(如绕制在铁氧体材料上的线圈制成的电感等)。

采用这种非接触式的检测办法，一般可以比较容易、低成本地做到有无棋子或极少棋子名的检测(如利用磁场NS极同极性相斥、异极性相吸的原理，在棋子中叠制两块永磁体，使其对外只呈现N极或S极，利用棋子中的永磁体推动棋盘里的永磁体，以接通或断开检测开关，来达到标示围棋黑白子的目的)。但如果想精确地标示很多种棋子名，一般会增加相当大的技术难度和成本。主要原因在于这种方法提供的可供利用的信息比较单一，一般是电磁场的大小(如霍尔元件检测)。由于邻近棋子也具有同样的信息，只是强弱不一样，从检测电路来看，很难区分是由于棋子位置放得比较偏，而引起的同样大小的信号，还是棋子内部本身就是如此大小的信号。解决的办法是高精度地联合检测棋盘上其它点上(特别是相邻点)的信号大小，利用软件计算得到各棋子距离检测点的相对距离和棋子本身携带信号的大小，同时进行联合判断。这样就可以利用信号大小进行很多种棋子名的标示。

3、识别标记采用特征电路或元器件。

在棋子内部放置一些具有不同特征的电路或元器件来标示与区分不同的棋子名。这些电路或元器件包括具有不同标称值的电阻、电容、电感、三极管等分立元件、具有特定内容的模拟或数字集成电路(如ROM)等，甚至可以是一小块特定的电路，它们的若干特定引出脚连接到棋子底面的电气触点上。在棋盘上可放置棋子的固定放置处的表面，制作若干电气触点。当棋子放到检测点时，棋子底面的电气触点与棋盘表面的电气触点接触，棋子内部的特征电路或元器件就成了整个检测电路的一部分，使用极为成熟的电路参数检测办法就可以知道目前在特定位置的棋子名。为了使得棋子的旋转不至于影响检测结果，电气触点一般制作成以检测点为中心的若干大小不等的圆环。如果只需要一个触点，则可以使得整个触点都制作成一个圆；如果需要二个触点，则可以制作成一个中心圆加上外面一个圆环，二者之间空出不是电气触点的圆环，以分隔二个电气触点；若需要多于电气二个触点，可以依此类推。但电气触点不宜过多，否则会提高加工难度，影响电气接触的可靠性。这些电气触点用导电金属或导电橡胶等材料制成，为了确保接触可靠，必要时可以采用加重棋子，或棋子(盘)内嵌入永磁体、棋盘(子)内嵌入配合的铁磁性物质的办法加大接触压力。

对于单点电气接触的方案，棋子内部可以使用的特征器件比较少，主要是金属或铁磁性材料，通过接触后改变检测电路的电感或电容的办法来区分。类似于第2点“识别标记采用电磁感应材料”中的办法。但由于是接触检测，消除了相邻棋子之间的干扰，可以降低实现时的技术难度和成本。

对于二点电气接触的方案，除了直接使用双端元器件(如电阻)外，还可以利用它们直接形成二根传输导线，利用电路调制和解调技术，在这两根导线上同时传输电源和信号，因此可以达到多点接触的功能，在棋子内直接使用集成(或特定)电路。

4、识别标记采用非接触式的特征电路或元器件。

标示方法基本上和前面的第3种方法类似，差别在于棋子与棋盘之间的电源与特征信号的传输方式不一样。由于采用电气触点的直接接触式办法传输，因此棋子内的特征电路可以很容易地从棋盘检测电路中取得电源，同时把特征信号传输到I棋盘检测电路中去。对于非接触式的供电和信号传输，可以采用电磁感应的办法，利用谐振电路(类似于第1种办法)或天线(类似于非接触式IC卡的取电原理)实现。棋盘检测点发出固定频率的电磁波，棋子内部通过微型(印刷)天线或电磁材料收集到电磁能量，LC谐振电路发生谐振，通过二极管等器件组成的整流、稳压电路，就可以给棋子内部的电路提供电源。采用相同的办法但相反的方向，就可以把需传输的特征信号从棋子中传给检测电路。为了简化设计，一般采用数字化的方式传输特征信号。可以采用调频、调幅、调相等多种成熟的技术将数字信号叠加到棋子发射的电磁信号中去。也可以采用超声波、射频微波、红外线、可见光等形式传输信号。

采用这种办法实现的典型案例，就是采用非接触式射频IC卡，把它放置在棋子中作为标记，在棋盘上可放置棋子的固定放置处安放供电或检测电路。

5、识别标记采用重量或压力

把棋子做成不同棋子名时重量不相同，或者采用棋子内嵌入磁场强度不同的永磁体或铁磁性物质、棋盘内嵌入配合的铁磁性物质或永磁体的办法，在棋盘上可放置棋子的固定放置处安装压力传感器，通过检测压力的不同就可以区分不同的棋子名。

6、识别标记采用条形码或其它简单的光学可识别标记

本方法实际上属于最开始介绍的“摄像头加图像识别方法”，在此特意提出来是因为在此局部条件下，它可以有效地利用现有的技术设备简单而低成本地实现棋子名的标示。主要区别是图像识别方法可以不需要在棋子上做任何标记(当然也可以做标记)，纯粹依赖于智能化的软件识别；而本办法则一定需要在棋子上做一些光学可识别的标记(如黑白条纹等)，并且识别方法比较简单，采用比较简单而成熟的条形码识别技术就可以实现，相对来说技术难度比较低。

在棋子的底部印上条形码或图案(一维或二维条形码都可以)，或在棋子的侧面印上环形的条形码或图案，通过棋盘底下(或侧面)的条形码或类似设备就可以分辨出棋子名。条形码或图案颜色可以优先选用黑白两色，以提高对比度。

下面对移动棋子的机械装置进行说明。

主要由能拾紧或放松棋子的拾放(头)装置，和能带动棋子拾放(头)装置做三维运动的机械装置组成。棋子摆放在棋盘平面上，如果某颗棋子的四周都有棋子存在，为了不影响到周围的棋子，则必须要先把它垂直移动到空中，然后在平移到目的上方，再垂直移动到棋盘上。所以棋子拾放头必须要能进行Z轴的运动，当然移动的定位精度相对于X、Y轴而言，可以比较低。

棋子拾放头本身的功能比较简单，主要是能拾紧或放松棋子，实现方法也比较多，比较典型的有3种实现方案，其它实现起来比较繁杂的就不再一一列举。

1、采用机械夹具

用两个或多个片状(或手指状等)的机械夹具。使棋子处在夹具中央，需要拾紧棋子的时候，夹具合拢；需要放松棋子的时候，夹具打开 。它的好处是不太依赖于棋子的形状，也不需要棋子的配合，对棋子的适应性比较强。

2、采用电磁吸引力

需要与棋子配合。在棋子里放上铁磁性物体，在拾放头里绕制线圈。绕制时，要使得线圈产生的磁场NS级连线能垂直于棋盘平面。线圈通电时，棋子因被吸引而拾紧；线圈断电时，棋子被放松。如果棋子里放置的是永磁体，则可以控制线圈通电时电流的流向而拾紧或放松棋子。也可以在棋子和拾放头里都放上永磁性物质，利用磁场NS极同极性相斥、异极性相吸的原理，翻转拾放头里的NS级，达到拾紧或放松棋子的目的。但后者实现起来相对复杂一点。

3、采用真空压力

棋子拾放头内部空心，并有空心管道通向气泵，外沿下端用软性的材料(如软橡胶)覆盖，其形状与要操作的棋子形状有关。需要需要拾紧棋子的时候，棋子拾放头对准棋子，并对棋子施加一定压力，使得接触面不透气。启动气泵抽气，使得棋子拾放头内部变成真空。于是在大气压的压力下，棋子被拾紧。需要放松棋子的时候，启动气泵，给棋子拾放头内部放进一些空气即可。它的好处是不需要棋子的配合，缺点是比较依赖于棋子的形状。实现时，不一定非要独立的气泵，用活塞运动就可以形成一定的真空压力。

运动机械装置的功能是带动棋子拾放(头)装置做三维运动。根据实现成本与复杂程度不一样，可以说有非常多的方法可以实现，下面列举3种比较典型实现方案。

1、X-Y-Z轴线性移动

每一个轴都能带动一个附加装置在本轴上做往返运动，三个轴的运动总和就能实现带动棋子拾放(头)装置做三维运动的功能。参看图1。Z轴是一个可运动的齿条或螺杆等，有一个机械动力源(如电机或齿轮等)驱动Z轴的齿条或螺杆做往返运动，带动附加装置(棋子拾放头)沿Z轴往返运动(升降)。这个整体(Z轴齿条、电机、棋子拾放头)可以看作为X轴的一个大的附加装置。X轴也采用与Z轴同样的连接实现，只不过X轴的附加装置变为了Z轴整体(Z轴的附加装置只有棋子拾放头)。Y轴也采用与X轴同样的连接实现，附加装置变为了X轴整体。同时Y轴固定在棋盘的底座上。

2、X-Z轴线性移动，基点做圆弧运动

X-Z轴的运动与上个方案的办法一样，但不用Y轴，而是将X轴整体连接到一个基点上。该基点固定在棋盘底座某点上，做圆弧运动，带动附加装置(X轴整体)在棋盘平面内做圆弧运动。实际上可以看作是将实现平面坐标系换做了实现极坐标系。这样X-Z轴运动加上基点运动后，也同样也能覆盖整个棋盘平面。这个方案的好处是省略了Y轴的齿条或螺杆等设备，缺点是X轴过长时，X轴外端点定位精度控制比较困难。

3、多关节自由运动

类似于机器人的手臂，每一个自由关节都可以实现一个自由度，因此最少3个关节就可以实现三维运动。整个手臂连接到棋盘底座上，另外一端连接到棋子拾放头。它的好处是能实现非常大的运动灵活性。

本实用新型的有益效果是，使得人员缺少或不在同一地点的时候，也能用实物(而非平面显示)进行具有强烈真实感的游戏娱乐活动；同时还能完成一系列其它的游戏辅助功能，提高游戏的娱乐性。克服了现有游戏方法的单边缺陷：或者具有强烈真实感和娱乐性，但缺人或人在异地时，无法完成游戏娱乐活动；或者在缺人或人在异地时，能进行游戏娱乐活动，但不具有强烈真实感和娱乐性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型一个典型实施案例的示意图。

图2是本实用新型一个典型实施案例的电路原理方框图。

图3是采用频率标示棋子名时的棋子与传感检测器，以及采用电磁吸引力的棋子拾放头。

图4是采用频率标示棋子名时，传感检测器检测棋子名的电气原理图。

图5是采用频率标示棋子名时，棋盘下的4个传感检测器组成的传感矩阵。

图1中：1、显示器，2、按键，3、特制棋子，4、特制棋盘，5、通讯接口，6、可使棋子拾放头沿X轴运动的螺杆，7、棋子拾放头装置，8、可使棋子拾放头沿Z轴运动的齿条，9、驱动Z轴齿条的电机，10、驱动X轴螺杆的电机，11、摄像头，12、电路板，13、棋子检测传感器，14、驱动Y轴螺杆的电机，15、可使棋子拾放头沿Y轴运动的螺杆，16、麦克风，17、喇叭。其中6/8/9/10/14/15共同组成能做三维运动的机械装置，带动棋子拾放头装置[7]做三维运动。电机9/10/14不一定同时需要3个，如果改用其它机械设计，可以省略掉其中的两个。电路板上含有CPU，永久存储器，各种辅助检测、控制、通讯、驱动电路，各种电路接口等。

图3中：18、采用电磁吸引力的棋子拾放头，19、棋子拾放头上绕制的线圈，20、采用频率标示棋子名时的棋子，21、棋子内的铁氧体磁芯，22、棋子内绕制在铁氧体磁芯上的线圈，23、棋盘表平面，24、采用频率标示棋子名时，棋盘下面，检测传感器用的铁氧体磁芯，25、绕制在铁氧体磁芯上的检测传感器线圈，26、棋子内和线圈串联而组成LC谐振回路的电容，27/28、检测传感器线圈的引出端。

图4中：R、连接在检测线圈上的分压电阻，RO、棋子内线圈本身的内阻，a、检测用特定频率信号的输入端，b、信号输出端。22/25/26与图3中一致，22是棋子内的线圈，26是棋子内的电容，25是棋盘下的检测线圈。

图5中：c、d是检测信号输入端，e、f是信号输出端。25/R与与图4中一致，25是棋盘下的检测线圈，R是连接在检测线圈上的分压电阻。

具体实施方式

在图1、2、3中，棋子[3]放置在棋盘[4]的特定位置上。棋子[3]内安放一个串连起来的LC谐振电路，电感L[22]绕制在圆柱形的铁氧体磁芯[21]上。棋子[3]可以被棋子拾放头[18]通过给棋子拾放头线圈[19]通、断电，利用电磁吸引力而拾取、放下。棋子拾放头线圈[19]绕制在棋子拾放头[18]周围，通过导线连接到电路板[12]的棋子拾放控制电路上。棋子拾放头[18]固定在可沿Z轴运动的齿条[8]上。Z轴齿条[8]通过齿轮等机械结构件连接到电动马达[9]上。电动马达[9]通过导线连接到电路板[12]的马达驱动电路上，并固定在可沿X轴运动的螺杆[6]滑块上。X轴螺杆[6]通过机械结构件连接到电动马达[10]上。电动马达[10]通过导线连接到电路板[12]的马达驱动电路上，并通过机械结构件架空固定在可沿Y轴运动的螺杆[15]滑块上。Y轴螺杆[15]通过机械结构件连接到电动马达[14]上。电动马达[14]通过导线连接到电路板[12]的马达驱动电路上，并固定在棋盘底座上。

摄像头[11]安放在棋盘[4]的侧面(或顶部)，相对于棋盘[4]平面具有一定高度或距离(棋盘不是水平放置时)处，其电路输出信号通过电缆连接到电路板[12]的图像采集电路上。显示器[1]连接到电路板[12]的显示驱动卡上。喇叭[17]和麦克风[16]连接到电路板[12]的声卡上。按键[2]连接到电路板[12]的键盘接口电路上。通讯线路连接到电路板[12]的通讯接口电路上。

由于棋子[3]只能放置在棋盘[4]的特定位置上，棋子传感装置[13]就放置在棋盘[4]下面这些相应的特定位置处。棋子传感装置(器)[13]由铁氧体磁芯[24]以及绕制在铁氧体磁芯上的检测线圈[25]组成。所有的检测线圈[25]的引出端通过矩阵式连接法连接到电路板[12]的信号放大检测接口电路上。

在图4中：棋子传感装置[13]的检测线圈[25]的一端连接频率检测信号的输入端[a]，另外一端连接分压电阻[R]，分压电阻[R]的另外一端接地。当棋子放在棋盘上时，检测线圈[25]通过铁氧体磁芯[24/21]与棋子内的线圈电感[22]发生电磁耦合。棋子内的线圈电感[22]的两端直接与电容[26]的两端连接起来构成一个LC谐振电路，RO是线圈[22]的内阻。

特定频率的检测信号从[a]端输入，如果与棋子内线圈电感[22]和电容[26]组成的LC谐振回路的谐振频率相同，则检测电感[25]的阻抗变得非常大，而分压电阻[R]保持不变，因此[b]端的输出将变得非常小。如果[a]端的输入不在谐振频率上，则检测电感[25]的阻抗基本不变，在分压电阻[R]的阻抗比较大的情况下，[b]端的输出将接近于[a]端的输入，因此非常大。这样，通过频率就能判别出该棋子是否具有某一特定的棋子名。

在图5中：4个棋子传感装置[13]的检测线圈[25]连接成2×2的传感矩阵，每个检测线圈[25]的两端连接在传感矩阵的不同行与列上，连接在同一行的检测线圈[25]共同连接到分压电阻[R]上，分压电阻[R]的另外一端接地，连接在同一列的检测线圈[25]共同连接到检测信号输入端[c或d]上。

在[c]端加上检测信号时，特意使[d]端呈高阻态而成空接，右侧两个检测电感[25]不起任何作用，因此从[e]端就可得到左上角检测线圈[25]的状态，从[f]端就可得到左下角检测线圈[25]的状态。类似地，在[d]端加上检测信号时，特意使[c]端呈高阻态而成空接，左侧两个检测电感[25]不起任何作用，因此从[e]端就可得到右上角检测线圈[25]的状态，从[f]端就可得到右下角检测线圈[25]的状态。

Claims (10)

1.一种智能棋类用具，通过机器识别棋局与操作棋子，包括普通或特制的棋子与棋盘、嵌入特制软件的单片机系统或嵌入式计算机系统、棋局识别装置、棋子拾放头装置、能三维运动的机械运动装置，其特征是：计算机系统中运行特制智能化软件，计算机系统同时连接与控制棋局识别装置、机械运动装置和棋子拾放头装置，机械运动装置连接棋子拾放头装置，棋子拾放头装置拾紧或放松棋子，棋子放在棋盘上特定位置。

2.根据权利要求1所述的智能棋类用具，其特征是：在棋盘的侧面或顶部，相对于棋盘平面具有一定高度或距离处，安放摄像装置，摄像装置连接到计算机系统，计算机系统中运行数字图像识别软件程序。

3.根据权利要求1所述的智能棋类用具，其特征是：在棋子内部放置由线圈和电容串接而成的无源LC电路，在棋盘可落子处下方放置感应线圈，棋盘下与棋子中的线圈绕制在有一定方向性的铁磁性材料上。

4.根据权利要求1所述的智能棋类用具，其特征是：在棋子内部放置电磁感应材料如金属、永磁体、电磁体，在棋盘可落子处下方放置对电磁场改变敏感的金属探测器、电感、电容或其它电磁敏感器件如霍尔元件、干簧管。

5.根据权利要求1所述的智能棋类用具，其特征是：在棋子内部放置具有不同特征值的电路或元器件，它们的若干特定引出脚连接到棋子底面的若干电气触点上，在棋盘可落子处表面制作有对应的若干电气触点，电气触点一般制作成以可落子处为中心的若干大小不同的圆环。

6.根据权利要求1所述的智能棋类用具，其特征是：在棋子内部放置微型(印刷)天线或电磁材料、LC谐振电路、整流、稳压电路，具有不同特征值的电路或元器件，无线电、超声波、射频微波、红外线、可见光的信号发生电路，天线连接到LC谐振电路，LC谐振电路连接到整流、稳压电路，整流、稳压电路连接到特征电路或元器件，特征电路或元器件连接到信号发生电路，在棋盘可落子处下方放置固定频率电磁波的发射天线和与棋子对应的信号接收电路。

7.根据权利要求1所述的智能棋类用具，其特征是：不同棋子名时棋子重量不相同，或者在棋子内嵌入磁场强度不同的永磁体或铁磁性物质、棋盘内嵌入配合的铁磁性物质或永磁体，在棋盘可落子处下方安装压力传感器。

8.根据权利要求1所述的智能棋类用具，其特征是：棋子拾放头装置是用两个或多个片状(或柱状、手指状、弧状、曲线状)物体相互连接构成的机械夹具，它们相对合拢，中间的空间可容纳棋子。

9.根据权利要求1所述的智能棋类用具，其特征是：在棋子里放置铁磁性物体，棋子拾放头由可通电线圈绕制在软铁磁性材料或非铁磁性材料上构成。

10.根据权利要求1所述的智能棋类用具，其特征是：棋子拾放头内部空心，外部密封不透气，并有密封空心管道通向气泵，外沿下端用软性的材料(如软橡胶)覆盖，与棋子紧密无逢接触，其形状与要操作的棋子形状有关，气泵也可以用活塞在管道内运动形成。

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