如何做一个完全体的阿尔法狗

在去年3月份一场人机大战吸引了全世界的眼光，当镜头追随着 李世石、戴密斯甚至是跟这场比赛相关的每一个人时，一个人却尽可能地避开了所有的视线，尽可能把自己变成隐形人，低调地履行着阿尔法狗“人肉臂”的角色。这就是Aja黄，代替阿尔法狗与李世石对决的人，就是这样，对局室中包括李世石、裁判等人都会去洗手间，而Aja黄博士连续4局比赛都一直从头坐到尾。每局比赛都会超过4个小时，这段时间里他不喝水、不去洗手间，甚至没有任何表情。

正如人们所知道的，人机大战是通过谷歌云服务连接到酒店的对局室。阿尔法狗的服务器是在美国中西部，在首尔可以通过监视器看到服务器，Aja黄坐在棋盘前，摆阿尔法狗的手数，同时输入手数。而赛后有人分析称，当时坐在李世石对面的是人而非机器，是否会在无意间对其造成影响？于是我打算做一个完全自动下棋的机器人，我的机器人主要分为三部分，机械部分，电路部分以及 Python/Arduino程序部分。

该机器人可以人机互动，玩家下棋被簧片开关传感器感应，之后运行电脑中python程序，最后通过 Arduino来控制机器人手臂的运动，从而达到人机互动下棋的目的。

1.材料

2个24”acme丝杆 2个0.5“球轴承 2个24“碳钢棒 一个国际象棋棋盘（1x 14” - 1.5”x1.5”） 2个5mm x 6.35mm电机联轴器 1个5mm x 5mm 电机联轴器 2个57步进电机 一个42步进电机 2个57步进电机架 3个步进电机驱动器 1.75mm直径 FDM ABS 3D 打印机熔丝（1kg） 一个Trossen ASM-RGS-13伺服电机 1个 1/2“厚，4”宽，2英尺长的pvc棒 1个1“厚，3”宽，1英尺长的PVC棒 3个1/2“厚，1-1 / 2”宽，2英尺长的PVC棒 2x 1/2“厚，1”宽，2英尺PVC棒 2x 1/2“厚，2”宽，1英尺PVC棒 1x 1“厚，2”宽，1英尺PVC棒 100个6号1/2“长螺丝（1/8钻头） 100个6号1“长螺丝（1/8钻头） 100个6号1-1 / 2“长螺丝（1/8钻头） 100个6号4-40螺纹1/2“2.5M长六角螺丝 25个4-40螺纹1“2.5M长六角螺丝 100个4-40螺纹钢六角螺母 1个4’x 4’长胶合板（底座） 1个1x4 - 8 英尺长胶合板（机械手臂部分） 2个1.5“x3.25”x20“长木头（支座） 一个Arduino Uno 一个 Mux Sheild（Arduino） 3个面包板 1卷铜芯导线线 一块焊料 一卷绝缘胶带 一条延长线 3个限位开关 3组杜邦线 100个 4.7k欧姆电阻 100个220欧姆电阻 1个24V电源 2条高级跳线（线材规格：M TO M、20 x 6”） 2条高级跳线（线材规格：M TO M、20 x 12” ） 3包按钮（注：每包100个） 64个簧片开关（后来由于出现失误，购买100个） 一条带状电缆 1/2-10acme丝锥 台钻 钻头 Z字母钻头 六角螺丝扳手 热胶枪 车床（用于切割3个5mm acme丝杠来固定之前的三个电机联轴器） 3D打印机（打印夹具） 锯（推荐使用电动） 螺丝刀 电烙铁

2.构建机械结构

利用3个PVC棒来组成机械手臂移动的轨道，分为定义为X、Y、Z。根据图纸来安装X轨道，只要安装螺丝之间不相互抵触，那么图纸中直径为1/8螺丝安装位置也没有那么重要了。在做外X轨道之后

你就可以按照图纸制作Y，Z轨道。这样就可以保证机械手臂可以有充足的空间在里面通过。这些可以下载的图纸里面包含X、Y、Z轨道的详细参数、尺寸。按照图纸详细的制作机器人。

详细图纸下载：0、1、2、 3、4、5、6、 7、8、9

3.固定螺丝和步进电机

每个在前面的丝锥（1/2 - 10“Acme丝锥）在安装时，保证向下位移5 mm以便安装电机联轴器，在联轴器另外一端连接步进电机，当步进电机转动时候，丝锥也会转动，球轴承在X，Y轨道末端，

有助于支撑丝锥，同时保证其顺利旋转。在前面的材料清单里面可以看到57步进电机，并将其固定在X和Y轨道。至于42步进电机 ，可以使用Z字母钻头将它固定在PVC棒，然后固定在轨道。

4.制作夹具

制作夹具则需要清单里面的3D打印机，Trossen ASM-RGS-13伺服电机以及螺丝（M2、M3）

下面可以下载到 制作夹具需要的STL文件，根据上图制作夹具，最后用螺丝（M3）固定在Z轨道。

3D打印文件：1、2、3、 4、5

5.电路部分

Arduino开发板以及之前清单中MUX Shield，共有2个MCP23017芯片以及93个引脚在此项目中使用。有关电路的信息可以通过上图或者下载下面的文件来获取信息，有关Arduino开发板引脚需要连接器件：

64个簧片开关 3个步进电机驱动器（每个需要2个引脚） 1个伺服电机 3个限位开关 3个按钮 6.连接开关

文件下载：<点击文末的阅读原文查看>

6.连接开关

材料列表中的电线在棋盘的一侧布线，同时连接簧片开关组成了一个简单的连接。开关一边连接到棋盘上每个方框的底部，另外一边连接到Arduino引脚的带状电缆。在使用胶水粘黏开关玻璃外壳的时候，只能连接开关裸露在外的导线部分，这样做是为了解决电路过热问题。

7.连接步进电机驱动器

通过驱动器上注释的A +、A-、B +、B-来连接步进电机（ST-6600），步进电机的文档将显示彩色导线的连接位置，根据文档将PIL +和DIR +端连接到Arduino 引脚，PUL-和DIR-端连接到Arduino

接地端。 DC +、 DC- 端连接到24V电源正极以及接地。控制夹具的伺服电机不需要电机驱动器，它直接连接到Arduino引脚。

8.按钮以及限位开关的安装

将按钮以及限位开关各自连接到对应的位置上，其中3个限位开关可以帮助机械手臂在下完棋之后复位，如上图所示，3个按钮可以简单地放在机器人前面的面包板上。

顶部按钮是向机器人反馈这样一组信息，即对手已经走完一步棋。中间按钮用于复位，底部按钮用于恢复计数，以防人类玩家在移动棋子过程中混淆。

9.Arduino以及Python程序

这个项目中主要使用两组程序一组是Arduino，另外一组是Python，下棋过程中核心引擎以及算法主要是 Python，控制机器人的程序则在Arduino中。

Arduino代码负责检测玩家下棋中的移动棋子过程，通过计算将结果发送到Python程序中。Arduino还负责从Python程序中计算到的结果，然后在计算机输出结果之后通过步进电机进行移动来显示结果。

Python代码中存储国际象棋所需要的信息，如片段定位、判断国王以及城堡位置等。Python程序还可以利用Minimax风格的AlphaBeta算法来让计算机选择输出结果。

项目代码下载点击文末的阅读原文查看。

注：在GitHub上下载Arduino和Python代码后，请将ChessRobotControl.ino文件上传到您的Arduino Uno，一旦完成，运行Python程序PlayerVsAi.py来玩机器人下棋！

如果没有机器人也没有关系，可以将PlayerVsAi.py文件中的robot参数更改为False，然后运行PlayerVsAi.py，来开始游戏之旅吧。