如何做一個完全體的阿爾法狗

在去年3月份一場人機大戰吸引了全世界的眼光，當鏡頭追隨著 李世石、戴密斯甚至是跟這場比賽相關的每一個人時，一個人卻儘可能地避開了所有的視線，儘可能把自己變成隱形人，低調地履行著阿爾法狗「人肉臂」的角色。這就是Aja黃，代替阿爾法狗與李世石對決的人，就是這樣，對局室中包括李世石、裁判等人都會去洗手間，而Aja黃博士連續4局比賽都一直從頭坐到尾。每局比賽都會超過4個小時，這段時間裡他不喝水、不去洗手間，甚至沒有任何錶情。

正如人們所知道的，人機大戰是通過谷歌雲服務連接到酒店的對局室。阿爾法狗的伺服器是在美國中西部，在首爾可以通過監視器看到伺服器，Aja黃坐在棋盤前，擺阿爾法狗的手數，同時輸入手數。而賽後有人分析稱，當時坐在李世石對面的是人而非機器，是否會在無意間對其造成影響？於是我打算做一個完全自動下棋的機器人，我的機器人主要分為三部分，機械部分，電路部分以及 Python/Arduino程序部分。

該機器人可以人機互動，玩家下棋被簧片開關感測器感應，之後運行電腦中python程序，最後通過 Arduino來控制機器人手臂的運動，從而達到人機互動下棋的目的。

1.材料

2個24」acme絲桿

2個0.5「球軸承

2個24「碳鋼棒

一個國際象棋棋盤（1x 14」 - 1.5」x1.5」）

2個5mm x 6.35mm電機聯軸器

1個5mm x 5mm 電機聯軸器

2個57步進電機

一個42步進電機

2個57步進電機架

3個步進電機驅動器

1.75mm直徑 FDM ABS 3D 印表機熔絲（1kg）

一個Trossen ASM-RGS-13伺服電機

1個 1/2「厚，4」寬，2英尺長的pvc棒

1個1「厚，3」寬，1英尺長的PVC棒

3個1/2「厚，1-1 / 2」寬，2英尺長的PVC棒

2x 1/2「厚，1」寬，2英尺PVC棒

2x 1/2「厚，2」寬，1英尺PVC棒

1x 1「厚，2」寬，1英尺PVC棒

100個6號1/2「長螺絲（1/8鑽頭）

100個6號1「長螺絲（1/8鑽頭）

100個6號1-1 / 2「長螺絲（1/8鑽頭）

100個6號4-40螺紋1/2「2.5M長六角螺絲

25個4-40螺紋1「2.5M長六角螺絲

100個4-40螺紋鋼六角螺母

1個4』x 4』長膠合板（底座）

1個1x4 - 8 英尺長膠合板（機械手臂部分）

2個1.5「x3.25」x20「長木頭（支座）

一個Arduino Uno

一個 Mux Sheild（Arduino）

3個麵包板

1卷銅芯導線線

一塊焊料

一卷絕緣膠帶

一條延長線

3個限位開關

3組杜邦線

100個 4.7k歐姆電阻

100個220歐姆電阻

1個24V電源

2條高級跳線（線材規格：M TO M、20 x 6」）

2條高級跳線（線材規格：M TO M、20 x 12」 ）

3包按鈕（註：每包100個）

64個簧片開關（後來由於出現失誤，購買100個）

一條帶狀電纜

1/2-10acme絲錐

台鑽

鑽頭

Z字母鑽頭

六角螺絲扳手

熱膠槍

車床（用於切割3個5mm acme絲杠來固定之前的三個電機聯軸器）

3D印表機（列印夾具）

鋸（推薦使用電動）

螺絲刀

電烙鐵

2.構建機械結構

利用3個PVC棒來組成機械手臂移動的軌道，分為定義為X、Y、Z。根據圖紙來安裝X軌道，只要安裝螺絲之間不相互抵觸，那麼圖紙中直徑為1/8螺絲安裝位置也沒有那麼重要了。在做外X軌道之後

你就可以按照圖紙製作Y，Z軌道。這樣就可以保證機械手臂可以有充足的空間在裡面通過。這些可以下載的圖紙裡面包含X、Y、Z軌道的詳細參數、尺寸。按照圖紙詳細的製作機器人。

詳細圖紙下載：0、1、2、 3、4、5、6、 7、8、9

3.固定螺絲和步進電機

每個在前面的絲錐（1/2 - 10「Acme絲錐）在安裝時，保證向下位移5 mm以便安裝電機聯軸器，在聯軸器另外一端連接步進電機，當步進電機轉動時候，絲錐也會轉動，球軸承在X，Y軌道末端，

有助於支撐絲錐，同時保證其順利旋轉。在前面的材料清單裡面可以看到57步進電機，並將其固定在X和Y軌道。至於42步進電機 ，可以使用Z字母鑽頭將它固定在PVC棒，然後固定在軌道。

4.製作夾具

製作夾具則需要清單裡面的3D印表機，Trossen ASM-RGS-13伺服電機以及螺絲（M2、M3）

下面可以下載到 製作夾具需要的STL文件，根據上圖製作夾具，最後用螺絲（M3）固定在Z軌道。

3D列印文件：1、2、3、 4、5

5.電路部分

Arduino開發板以及之前清單中MUX Shield，共有2個MCP23017晶元以及93個引腳在此項目中使用。有關電路的信息可以通過上圖或者下載下面的文件來獲取信息，有關Arduino開發板引腳需要連接器件：

64個簧片開關

3個步進電機驅動器（每個需要2個引腳）

1個伺服電機

3個限位開關

3個按鈕

6.連接開關

文件下載：<點擊文末的閱讀原文查看>

6.連接開關

材料列表中的電線在棋盤的一側布線，同時連接簧片開關組成了一個簡單的連接。開關一邊連接到棋盤上每個方框的底部，另外一邊連接到Arduino引腳的帶狀電纜。在使用膠水粘黏開關玻璃外殼的時候，只能連接開關裸露在外的導線部分，這樣做是為了解決電路過熱問題。

7.連接步進電機驅動器

通過驅動器上注釋的A +、A-、B +、B-來連接步進電機（ST-6600），步進電機的文檔將顯示彩色導線的連接位置，根據文檔將PIL +和DIR +端連接到Arduino 引腳，PUL-和DIR-端連接到Arduino

接地端。 DC +、 DC- 端連接到24V電源正極以及接地。控制夾具的伺服電機不需要電機驅動器，它直接連接到Arduino引腳。

8.按鈕以及限位開關的安裝

將按鈕以及限位開關各自連接到對應的位置上，其中3個限位開關可以幫助機械手臂在下完棋之後複位，如上圖所示，3個按鈕可以簡單地放在機器人前面的麵包板上。

頂部按鈕是向機器人反饋這樣一組信息，即對手已經走完一步棋。中間按鈕用於複位，底部按鈕用於恢復計數，以防人類玩家在移動棋子過程中混淆。

9.Arduino以及Python程序

這個項目中主要使用兩組程序一組是Arduino，另外一組是Python，下棋過程中核心引擎以及演算法主要是 Python，控制機器人的程序則在Arduino中。

Arduino代碼負責檢測玩家下棋中的移動棋子過程，通過計算將結果發送到Python程序中。Arduino還負責從Python程序中計算到的結果，然後在計算機輸出結果之後通過步進電機進行移動來顯示結果。

Python代碼中存儲國際象棋所需要的信息，如片段定位、判斷國王以及城堡位置等。Python程序還可以利用Minimax風格的AlphaBeta演算法來讓計算機選擇輸出結果。

項目代碼下載點擊文末的閱讀原文查看。

註：在GitHub上下載Arduino和Python代碼後，請將ChessRobotControl.ino文件上傳到您的Arduino Uno，一旦完成，運行Python程序PlayerVsAi.py來玩機器人下棋！

如果沒有機器人也沒有關係，可以將PlayerVsAi.py文件中的robot參數更改為False，然後運行PlayerVsAi.py，來開始遊戲之旅吧。

*參考來源：instructables，飯糰君編譯，轉載請註明來自FreeBuf.COM

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