[發(fā)明專利]演示“漢諾塔”算法的機(jī)構(gòu)及控制接口

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810320118.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN108417117A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫江濤;張鵬程;張光宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B19/00
• 分類號(hào): G09B19/00
• 代理公司: 秦皇島一誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

本發(fā)明公開了一種演示“漢諾塔”算法的機(jī)構(gòu)及控制接口，包括以漢諾塔模型與簡(jiǎn)易二維機(jī)械臂為基礎(chǔ)的機(jī)械機(jī)構(gòu)、機(jī)械伸臂、步進(jìn)電機(jī)、傳感器系統(tǒng)和具有多項(xiàng)功能的控制接口板；漢諾塔模型包括塔座和塔盤，塔座上設(shè)有A、B和C三個(gè)指定位置；機(jī)械機(jī)構(gòu)包括水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和豎直運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，且均使用步進(jìn)電機(jī)為其提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力；傳感器系統(tǒng)包括第一行程開關(guān)、第二行程開關(guān)、接近開關(guān)傳感器、位置開關(guān)傳感器和加速度監(jiān)測(cè)模塊；控制接口板，主要功能是將控制器的控制信號(hào)轉(zhuǎn)變成執(zhí)行元件的輸入信號(hào)，將所述傳感器系統(tǒng)各裝置和執(zhí)行元件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變成所述控制器的輸入反饋信號(hào)。本發(fā)明能夠滿足漢諾塔游戲規(guī)則。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軟件算法編程練習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)器具領(lǐng)域，特別是涉及一種演示“漢諾塔”算法的機(jī)構(gòu)及控制接口。

背景技術(shù)

漢諾塔作為一種古老的數(shù)學(xué)問題演變到今天的一種益智開發(fā)游戲以及典型算法的案例，除了在難度上有所降低其它并沒有太大的改進(jìn)。如今漢諾塔算法的表現(xiàn)形式主要是：實(shí)物益智玩具和運(yùn)用Java、C、C++、VB以及匯編語(yǔ)言等諸多計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫出來的純軟件系統(tǒng)。

隨著科技的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造、電力、建筑、交通運(yùn)輸、信息技術(shù)等領(lǐng)域，人工智能已然成為了現(xiàn)代世界一門新的技術(shù)科學(xué)。“人工智能”一詞最初是在1956年達(dá)特茅斯(Dartmouth)學(xué)會(huì)上提出的。從那以后，研究者們發(fā)展了眾多理論和原理，人工智能的概念也隨之?dāng)U展。人工智能是一門極富挑戰(zhàn)性的科學(xué)，從事這項(xiàng)工作的人必須懂得計(jì)算機(jī)知識(shí)，心理學(xué)和哲學(xué)。人工智能是包括十分廣泛的科學(xué)，它由不同的領(lǐng)域組成，如機(jī)器學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)視覺等等，總的說來，人工智能研究的一個(gè)主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。

2016年一位名叫Yosef Mirsky的實(shí)習(xí)生成功完成了他在公司的首個(gè)項(xiàng)目——編寫程序，使用UR5機(jī)械臂來解決漢諾塔問題。這也是人類首次將人工智能與漢諾塔問題相結(jié)合，至此以后在網(wǎng)絡(luò)上可以找到很多各種各樣的的使用機(jī)械臂解決漢諾塔問題的視頻。通過傳統(tǒng)的實(shí)物玩具與自動(dòng)化設(shè)備相結(jié)合，既令漢諾塔得到改進(jìn)，同時(shí)又擁有時(shí)代特色。但目前所出現(xiàn)的機(jī)械臂算法演示方式卻存在著機(jī)械手臂制作成本高或精度不夠等問題，高精度的機(jī)械臂通常使用球坐標(biāo)機(jī)械手或關(guān)節(jié)式機(jī)械手，因其自由度較多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以制作成本超高、可編程操控性的難度也極大。例如利用UR5實(shí)現(xiàn)漢諾塔演示功能，雖然精度高，但是其成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了學(xué)生甚至學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的可接受范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種演示“漢諾塔”算法的機(jī)構(gòu)及控制接口，解決使用球坐標(biāo)機(jī)械手或關(guān)節(jié)式機(jī)械手演示漢諾塔算法的高成本與操控難度大的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種演示“漢諾塔”算法的機(jī)構(gòu)及控制接口，包括以漢諾塔模型與簡(jiǎn)易二維機(jī)械臂為基礎(chǔ)的機(jī)械機(jī)構(gòu)、機(jī)械伸臂、步進(jìn)電機(jī)、傳感器系統(tǒng)和具有多項(xiàng)功能的控制接口板；

所述漢諾塔模型包括塔座和塔盤，塔座上設(shè)有A位置、B位置和C位置三個(gè)指定位置，所述塔盤數(shù)量根據(jù)要求放置于塔座A或C位置處，且按自上而下直徑逐漸增大順序擺放；

所述機(jī)械機(jī)構(gòu)包括水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和豎直運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述機(jī)械機(jī)構(gòu)均使用步進(jìn)電機(jī)為其提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，且在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均能實(shí)現(xiàn)自鎖進(jìn)行位置固定；

所述水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩根光軸導(dǎo)軌、齒條和水平載物臺(tái)，水平載物臺(tái)安裝在兩根平行的光軸導(dǎo)軌上，并用其作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向和支撐；齒條安裝在兩根光軸導(dǎo)軌之間與水平載物臺(tái)下安裝的齒輪配合作為傳動(dòng)件；

所述豎直運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括豎板、兩根方形直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠和固定傳動(dòng)件的安裝板，豎板安裝固定在水平載物臺(tái)上，兩根方形直線導(dǎo)軌相互平行地安裝在豎板上，滾珠絲杠在兩根方形直線導(dǎo)軌之間安裝在豎板上，固定傳動(dòng)件的安裝板以兩根方形直線導(dǎo)軌作為導(dǎo)向和支撐，且與滾珠絲杠螺紋配合，滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)固定傳動(dòng)件的安裝板沿兩根方形直線導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)；