自動下圍棋裝置的設計與實現

卿海波 許金融 王廷軍 陳一帆 李航 王曉浩 劉文君

摘 要： 服務機器人已經得到廣泛應用，設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，通過控制圍棋程序實現交替落下黑白棋子。這種裝置結構簡單，穩定性好，易于操作，有利于推廣圍棋一類的活動開展。

關鍵詞： 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，設計一種成本低、結構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，通過控制圍棋程序實現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，主要零部件包括轉盤電機1、轉盤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盤電機以及轉盤并連接上落子平臺，轉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，當轉盤電機正向轉動時，一導管經過溝槽，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;當轉盤電機反轉時，另一導管經過溝槽，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。存子漏斗中的棋子再通過重力作用自動滑入導管中，實現了自動下圍棋。

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 結構設計與分析

2.1 X-Y運動單元

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

X-Y運動單元包括X、Y兩向導軌和滑塊組成，導軌各自由一個電機控制，滑塊由兩向導軌拖動，保證裝置能達到棋盤內的所有位置，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，由轉盤、兩儲子導管以及兩存子漏斗構成，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、轉盤電機、落子漏斗構成，通過轉盤電機的正反轉作用經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 機械結構與電機傳動

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構完成落子。

3.2 雙導軌設計

雙導軌分為橫向、縱向導軌，實現裝置能到達平面內任意位置。

3.3 落子結構

通過電機的正反轉分別落下黑、白棋子，兩棋子導管中間設有溝槽，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

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。電源系統內設置有電壓調節器，以保證電壓穩定在一定范圍之內，防止因電壓起伏過大而損壞設備。

4 結論

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繹不絕，已經普及到了大多數家庭中，其中不乏圍棋這一模塊。順應這一潮流，我們的產品可以實現的是自動下圍棋，可用于家庭娛樂、各種大型的圍棋活動、圍棋的教學等領域。

參考文獻：

[1]楊家軍，張衛國.機械設計基礎.華中科技大學出版社，2003.

[2]成大先.機械設計手冊.化學工業出版社，2016.