一种用于Quoridor对弈的智能机器人制造技术

本发明专利技术公开一种用于Quoridor对弈的智能机器人，包括车体，车体的底部装有车轮，所述车体上安装有采用图像信息的摄像头和用于抓取棋子与障碍的机械臂；所述车体内设置有处理器，用于分析摄像头采集的图像信息，根据处理结果控制车轮和机械臂的动作，将棋子与障碍搬到指定位置。本发明专利技术的机械结构主要包括车体和机械臂两部分，车体采用三轮全向的底盘，机械臂共五个自由度，由三个关节组成，机械臂前端为电磁铁，使其通电可以实现对铁质棋子和障碍板的吸合。

【技术实现步骤摘要】
一种用于Quoridor对弈的智能机器人
本专利技术涉及智能机器人技术，具体涉及一种用于Quoridor对弈的智能机器人。
技术介绍
Quoridor，又名步步为营，是1997年推出的两到四人对战的棋类游戏，棋具类似路障棋。棋盘9乘9大小的棋格，格子间有沟槽，每方各有一个棋子以及作为墙壁的木片，木片长度为两棋格。游戏开始时，棋子放在边路，开始向对岸行驶，谁最先到达对岸者为胜利者。玩家可以在棋盘的任何方向行走，但每次只能选择棋子走一步或者放一块挡板。挡板放置在棋格间的沟槽中，用来阻挡对方到达对岸，但不可把棋子围住，棋子不可穿过挡板。在大型Quoridor对弈时，由于棋盘较大，且人不能进入棋盘内，因此对弈过程借助智能机器人完成。对弈过程中，机器人能通过图像识别判断棋盘内局势，由上位机决策给出较优方案后，由人判断并手动输入每次下棋步骤后，机器人以最短路线运动至指定位置，并放置棋子或者障碍板。通过机器人的计算得到的优化方案，能帮助人进行更好的判断，大大提高了对弈的水平和精彩程度；同时，在结构和性能等方面优化后的机器人也使对弈的效率更高。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于Quoridor对弈的智能机器人，人工输入每一步下棋操作，该机器人用摄像头采集图像信息，通过处理器处理后，控制电机和舵机实现响应动作，将棋子和障碍搬到指定位置，完成下棋动作。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种用于Quoridor对弈的智能机器人，包括车体，车体的底部装有车轮，其特征在于：所述车体上安装有采用图像信息的摄像头和用于抓取棋子与障碍的机械臂；所述车体内设置有处理器，用于分析摄像头采集的图像信息，根据处理结果控制车轮和机械臂的动作，将棋子与障碍搬到指定位置。本专利技术的智能机器人的机械系统主要由车体和机械臂两部分组成，车体使机器人运动至棋盘指定位置，机械臂用于抓取棋子以及障碍。作为优选的，所述的车体包括底板，车轮为三个全向轮，驱动全向轮的三个电机间隔120°分布在底板外围。车体采用三轮全向的底盘，由三个永磁有刷直流减速电机驱动，轮子采用全向轮；电机由主控芯片K60微控制器进行控制，主控芯片通过三块电机驱动芯片直接控制三个电机。在整个运动过程中，通过控制三个电机的速度，车体可朝任意方向运动，这样可使机器人朝着目标直线运动，大幅度节约运动时间。作为优选的，所述车体的底板上设有固定所述摄像头的摄像头支撑架；摄像头支撑架由支撑杆和支撑杆顶部的固定板组成，摄像头安装在所述的固定板上。本申请中，图像采集通过罗技C525高清摄像头，通过支撑杆安装的摄像头位置较高，保证获取足够的视野精确定位移动平台位置，摄像头提取棋盘上白线斜率矫正MPU6050的角度，保证了移动平台角度控制的精确性。作为优选的，所述的处理器包括分析图像信息的上位机和控制车轮和机械臂的下位机；所述车体的底板设有放置所述上位机的支撑板，支撑板通过立柱所述的底板连接，下位机设置在所述的支撑板与底部之间。本技术方案中的处理器包括上位机和下位机。图像处理在上位机PC平台上进行，采用OpenCV算法库进行识别，使用QT设计应用界面，并通过串口与下位机进行通讯。人工输入每一步下棋操作，智能机器人用摄像头采集图像信息，通过上位机(笔记本电脑)处理后发送给下位机，由下位机控制电机和舵机实现响应动作，将圆形白色板块棋子和长方形红色板块障碍搬到指定位置，完成下棋动作，并能根据棋盘内局势计算得到较优方案以供参考。在所述的上位机中，人机交互界面使用QT设计，图像显示模块提供实时的摄像头拍摄的图像信息，交互接口模块实现参数的实时保存与传输，指令接受模块获取输入指令并传输给下位机执行，人工智能训练模块用于对图像进行分析提取所需参数。作为优选的，所述的机械臂为五自由度的机械臂，机械臂的末端与所述车体通过机械臂支撑架连接，前端安装有抓取棋子与障碍的夹取部件。本专利技术中的机械臂共五个自由度，主要由三个关节组成，机械臂的五个舵机由主控芯片通过UART控制舵机驱动板进行控制，舵机转动角度为270°。作为优选的，所述的夹取部件为夹爪或电磁铁。机械臂前端的夹取部件可以是夹爪或电磁铁，可以夹取或者吸取棋子与障碍；进一步优选采用电磁铁，使电磁铁保持水平并通电，可以实现对铁质物料的吸合，从而实现对棋子及障碍板的抓取。作为优选的，所述的机械臂对应设置有五个舵机，舵机转动角度为270°，舵机扭矩为20kg·cm。本申请中，机械臂的五个舵机为扭矩20kg·cm的金属数字舵机，由主控芯片通过UART控制舵机驱动板进行控制，舵机转动角度为270°。附图说明图1为整体结构的示意图；图2为车体结构示意图；图3为机械臂整体结构示意图；图4为本实施例中摄像头所拍摄的原图；图5为经校正后的图像；图6为区分数字的二值化图像；图7为由二值化图像提取出的轮廓图；图8为框出待识别区域的图像；图9为移动平台全向轮运动示意图图10为程序流程图；图中：车体1；摄像头101；摄像头固定板102；支撑杆103；主控芯片104；电脑支撑板105；底板106；连接角件107；全向轮108；M3铜柱109；电机驱动芯片110；芯片支撑板111；M4铜柱112；电机113；机械臂2；机械臂支撑架201；舵机支撑架202；舵机A203；舵机B204；长U支架205；加长支架A206；电磁铁207；加长支架C208；短U支架209；舵机E210；舵机D211；加长支架B212；舵机C213。具体实施方式下面结合实施例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术并不仅限于此。如图1-3所示的智能机器人，主要包括车体1和机械臂2两大部分。机器人车体1为圆盘形，直径450mm，离地高度75mm；机器人最大高度为900mm，用来放置摄像头101；机械臂2通过机械臂支撑架201与车体1相连，装在底板106前方约1/4处。其中上位机选用Inteli7平台，下位机选用MK60FX512VLQ15微控制器(简称K60)，摄像头选用罗技C525高清摄像头，六轴传感器选用MPU6050，机械臂舵机选用扭矩20kg·cm的TBSN-K20金属数字舵机。车体1由摄像头101，摄像头支撑架，主控芯片104，电脑支撑板105，底板106，连接角件107，全向轮108，M3铜柱109，电机驱动芯片110，芯片支撑板111，M4铜柱112和电机113组成。底板106为整个车体的基础，三个电机113间隔120°分布在底板101外围，并与全向轮108相连，可使车体朝任意方向运动；采用12V锂电池供电；三轮全向的底盘，由三个永磁有刷直流减速电机驱动，电机减速比为1:30。芯片支撑板111通过M4铜柱112连接在底板106下方，用来支撑电机驱动芯片110，电机驱动芯片110用于直接驱动电机113。电脑支撑板105通过铝型材(相当于立柱)连接在底板上方，用来支撑电脑；主控芯片104位于电脑(上位机)正下方，由M3铜柱109支撑在底板上方，用来控制整个机器人。摄像头支撑架由摄像头固定板102和支撑杆103组成，摄像头101固定于摄像头固定板102上，通过支撑杆103安装在底板101上方，保持足够的高度，便于采集图像。本实施例中的摄像头101为USB高清摄像头，摄像头位置较高，保证获取足够的视野精确定位移动平台位置，摄像头提取棋盘上白线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于Quoridor对弈的智能机器人，包括车体，车体的底部装有车轮，其特征在于：所述车体上安装有采用图像信息的摄像头和用于抓取棋子与障碍的机械臂；所述车体内设置有处理器，用于分析摄像头采集的图像信息，根据处理结果控制车轮和机械臂的动作，将棋子与障碍搬到指定位置。

【技术特征摘要】
1.一种用于Quoridor对弈的智能机器人，包括车体，车体的底部装有车轮，其特征在于：所述车体上安装有采用图像信息的摄像头和用于抓取棋子与障碍的机械臂；所述车体内设置有处理器，用于分析摄像头采集的图像信息，根据处理结果控制车轮和机械臂的动作，将棋子与障碍搬到指定位置。2.如权利要求1所述的用于Quoridor对弈的智能机器人，其特征在于：所述的车体包括底板，车轮为三个全向轮，驱动全向轮的三个电机间隔120°分布在底板外围。3.如权利要求1所述的用于Quoridor对弈的智能机器人，其特征在于：所述车体的底板上设有固定所述摄像头的摄像头支撑架；摄像头支撑架由支撑杆和支撑杆顶部的固定板组成，摄像头安装在所述的固定板上。4.如权利要求1所述的用于Qu...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铿，胡可威，金宇杰，陈杨波，朱威，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33