一种象棋棋子识别与自动摆棋方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种象棋棋子识别与自动摆棋装置及方法，本申请的象棋棋子识别与自动摆棋装置，包括象棋棋子、象棋棋盘、控制开关、摄像头、控制装置以及机械臂，无需高性能的硬件资源，可在性能较低的嵌入式设备上实现，从而降低成本，并且，保证机械臂自动摆棋时的稳定运动，提高摆棋精确度，同时，通过棋子识别过程中优化图像处理和改进摆棋策略提高了象棋棋子的检测速度和识别率，实现了准确恢复棋盘上随机摆放的棋子。机摆放的棋子。机摆放的棋子。

【技术实现步骤摘要】
一种象棋棋子识别与自动摆棋方法及装置


[0001]本申请涉及计算机领域，尤其涉及一种象棋棋子识别与自动摆棋方法及装置。

技术介绍

[0002]现有技术中，中国象棋是中华传统文化中最具有代表性的文化遗产，同时教育和服务类机器人也是近些年的主流研究领域。将传统国粹与机器人技术结合具有深远的文化推广意义。中国象棋机器人可用于科技展览、机器人及人工智能科普教育、青少年益智、中国象棋培训等应用场合。作为人机对弈的重要部分
‑
棋子识别是象棋机器人重要功能，也是机器与人进行对弈的基础，能否快速准确地识别棋局状态决定了用户体验，同时自动摆棋功能也增加了人机对弈的趣味性。
[0003]目前专门针对中国象棋棋子的识别研究较少，中国象棋棋子类别较少，大部分使用的是特制棋子，比如不同棋子底部安装不同的射频标签，通过标签判断棋子的种类；或者底部有不同阻值的电阻或不同感抗的电感，通过阻值或感抗判断棋子类别。上述方法只能适用于一些特殊的棋子。现有的机器摆棋方案大多是先将棋子摆放在棋盘两侧特定区域，之后机械臂对棋子识别并恢复棋局，无法对棋盘上随机摆放的棋子进行恢复，并且存在检测速度慢，识别率低，同时需要高性能的硬件资源，因此很难在性能较低的嵌入式设备上实现中国象棋的识别及自动摆棋功能。

技术实现思路

[0004]本申请的一个目的是提供一种象棋棋子识别与自动摆棋方法及装置，以解决现有技术中如何快速精准检测识别棋子并自动正确摆盘的问题。
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种象棋棋子识别与自动摆棋装置，包括象棋棋子，象棋棋盘，控制开关，所述装置还包括：
[0006]摄像头，设置于摄像支架上；
[0007]控制装置，设置于所述象棋棋盘一侧，用于控制机械臂进行摆棋，所述控制装置包括上位机控制器件和下位机控制器件；
[0008]所述机械臂包括主臂、副臂和Z轴传动机构，所述主臂的一端与副臂的一端可转动连接，另一端设置在Z轴传动机构上，所述Z轴传动机构与主臂电机相连；
[0009]末端执行器，设置在所述副臂的另一端，用于固定象棋棋子。
[0010]进一步地，上述象棋棋子识别与自动摆棋装置中，所述Z轴传动机构包括：
[0011]转动台，设置于所述Z轴传动机构底部，所述转动台上的第一从动轮与所述主臂电机上的第一主动轮通过第一同步带连接；
[0012]固定板，设置于所述Z轴传动机构顶部，通过导向杆与所述转动台固定连接，所述主臂设置在所述固定板和所述转动台之间并嵌套在所述导向杆上，所述固定板上方设置Z轴传动机构电机；
[0013]丝杆，贯穿所述主臂，所述丝杆下端与所述转动台固定连接，其上端与贯穿所述固
定板的所述Z轴传动机构电机连接，所述下位机控制器件控制Z轴传动机构电机，所述Z轴传动机构电机驱动丝杆带动主臂上下移动。
[0014]进一步地，上述象棋棋子识别与自动摆棋装置中，所述主臂与副臂之间通过转轴连接，所述转轴顶端与主臂转动连接，底端与副臂固定连接，所述转轴上固定连接有第二从动轮，所述主臂上设有副臂电机，且所述第二从动轮通过第二同步带与设置在所述副臂电机上的第二主动轮连接，所述下位机控制器件基于所述摆棋指令控制所述副臂电机，所述副臂电机驱动副臂左右移动。
[0015]进一步地，上述象棋棋子识别与自动摆棋装置中，所述象棋棋盘一侧设置一显示屏，与所述控制装置连接。
[0016]本申请的另一方面，本申请提供了一种象棋棋子识别与自动摆棋方法，所述方法包括：
[0017]采集当前棋盘图像，并传送至控制装置；
[0018]获取所述当前棋盘图像并对象棋棋子进行识别得到所述当前棋盘图像中每个象棋棋子的棋子位置和棋子分类结果，并基于所述棋子位置和所述棋子分类结果规划摆棋路径，并发送摆棋指令至下位机控制器件；
[0019]响应于用户的摆棋功能选择操作后，接收上位机发送的所述摆棋指令，基于所述摆棋指令控制机械臂移动完成相应的摆棋操作。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤A采集当前棋盘图像之前，对所述摄像头进行参数的初始化，判断所述摄像头是否打开并返回图像数据，若是，则开始采集当前棋盘图像，并传送至控制装置；若否，则在显示屏上显示提醒用户进行处理。
[0020]进一步地，上述象棋棋子识别与自动摆棋方法中，所述获取所述当前棋盘图像并对象棋棋子进行识别得到所述当前棋盘图像中每个象棋棋子的棋子位置和棋子分类结果，包括：
[0021]将所述当前棋盘图像进行中值滤波处理并划定感兴趣区域，再经过灰度化操作后使用霍夫圆检测法定位所述当前棋盘图像中的棋子位置；
[0022]在所述当前棋盘图像中提取每个所述棋子位置上的棋子图像，取每一幅所述棋子图像中的R通道像素值，并采用二值化方法将所有所述棋子图像划分为黑色棋子图像和红色棋子图像；
[0023]将所有所述黑色棋子图像和所述红色棋子图像分别输入到黑色棋子图像识别神经网络模型和红色棋子图像识别神经网络模型中，得到每个棋子图像对应的棋子分类结果。
[0024]进一步地，上述象棋棋子识别与自动摆棋方法中，所述将所有所述黑色棋子图像和所述红色棋子图像分别输入到黑色棋子图像识别神经网络模型和红色棋子图像识别神经网络模型中，得到每个棋子图像对应的棋子分类结果之前，包括：
[0025]采用浅层轻量化神经网络，基于Ghost模块框架，构建神经网络基础模型；
[0026]根据所述神经网络基础模型结合红色棋子和黑色棋子的图像特征，得到所述黑色棋子图像识别神经网络模型和所述红色棋子图像识别神经网络模型。
[0027]进一步地，上述象棋棋子识别与自动摆棋方法中，所述基于所述棋子位置和所述棋子分类结果规划摆棋路径，包括：
[0028]基于棋子分类结果确定每个所述象棋棋子对应的终点位置；
[0029]判断所述象棋棋子的棋子位置是否为其对应的终点位置，若是，则所述象棋棋子无需移动；
[0030]若否，则遍历所述象棋棋子对应的所有所述终点位置，确定所述象棋棋子对应的摆棋路径，并移动到对应的终点位置。
[0031]根据上述步骤遍历所有所述象棋棋子，直至剩余的所有未复位的象棋棋子均为死锁棋子，并对所述死锁棋子规划摆棋路径。
[0032]进一步地，上述象棋棋子识别与自动摆棋方法中，所述对所述死锁棋子规划摆棋路径，包括：
[0033]移动其中一个所述死锁棋子至相邻的空闲位置；
[0034]遍历所述死锁棋子对应的所有所述终点位置，确定所述象棋棋子对应的摆棋路径，并移动到对应的终点位置，基于上述步骤遍历所有所述锁死棋子，将所有所述锁死棋子移动到对应的终点位置。
[0035]与现有技术相比，本申请的象棋棋子识别与自动摆棋装置及方法，包括象棋棋子、象棋棋盘、控制开关、摄像头、控制装置以及机械臂，无需高性能的硬件资源，可在性能较低的嵌入式设备上实现，从而降低成本，并且，保证机械臂自动摆棋时的稳定运动，提高摆棋精确度，同时，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种象棋棋子识别与自动摆棋装置，包括象棋棋子，象棋棋盘，控制开关，其特征在于，所述装置还包括：摄像头，设置于摄像支架上；控制装置，设置于所述象棋棋盘一侧，用于控制机械臂进行摆棋，所述控制装置包括上位机控制器件和下位机控制器件；所述机械臂包括主臂、副臂和Z轴传动机构，所述主臂的一端与副臂的一端可转动连接，另一端设置在Z轴传动机构上，所述Z轴传动机构与主臂电机相连；末端执行器，设置在所述副臂的另一端，用于固定象棋棋子。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述Z轴传动机构包括：转动台，设置于所述Z轴传动机构底部，所述转动台上的第一从动轮与所述主臂电机上的第一主动轮通过第一同步带连接；固定板，设置于所述Z轴传动机构顶部，通过导向杆与所述转动台固定连接，所述主臂设置在所述固定板和所述转动台之间并嵌套在所述导向杆上，所述固定板上方设置Z轴传动机构电机；丝杆，贯穿所述主臂，所述丝杆下端与所述转动台固定连接，其上端与贯穿所述固定板的所述Z轴传动机构电机连接，所述下位机控制器件控制Z轴传动机构电机，所述Z轴传动机构电机驱动丝杆带动主臂上下移动。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主臂与副臂之间通过转轴连接，所述转轴顶端与主臂转动连接，底端与副臂固定连接，所述转轴上固定连接有第二从动轮，所述主臂上设有副臂电机，且所述第二从动轮通过第二同步带与设置在所述副臂电机上的第二主动轮连接，所述下位机控制器件基于所述摆棋指令控制所述副臂电机，所述副臂电机驱动副臂左右移动。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述象棋棋盘一侧设置一显示屏，与所述控制装置连接。5.一种象棋棋子识别与自动摆棋方法，应用于权利要求1
‑
4任意一项所述的象棋棋子识别与自动摆棋装置，所述方法包括：采集当前棋盘图像，并传送至控制装置；获取所述当前棋盘图像并对象棋棋子进行识别得到所述当前棋盘图像中每个象棋棋子的棋子位置和棋子分类结果，并基于所述棋子位置和所述棋子分类结果规划摆棋路径，并发送摆棋指令至下位机控制器件；响应于用户的摆棋功能选择操作后，接收上位机发送的所述摆棋指令，基于所述摆棋指令控制机械臂移动完成相应的摆棋操作。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述采集当前棋盘图像之前，对所述摄像头进行参...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凤，李永恒，许家璇，李晶，贾槟，胡一凡，杨玉洁，王冰琦，王若男，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：