2024年TI杯E题-三子棋游戏装置方案分享-jdk123团队-第四弹 第一题

#1024程序员节｜征文#

往期回顾

前期准备

摄像头bug解决

手搓机械臂

视觉模块的封装

第一问： 需要将一颗黑棋，放入棋盘中的五号位置。 理想思路：依据摄像头，依据机械臂及其传感器。建立机械臂的逆运动学方程。然后完成精准定位，考虑到手搓机械臂的不稳定性。以及摄像头的精度。 所以本团队不使用上述思路。 实施思路：将一个黑色棋子的位置，与5号棋子的位置进行绑定。也就是说，确定三个舵机的角度即可。

下面附上我们团队的代码：

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import cv2
import numpy as np
import copy







class ArmControl:
    def __init__(self):
        GPIO.setwarnings(False)
        # 初始化舵机引脚
        self.servos = {
            'base': 16,
            'shoulder': 20,
            'elbow': 21
        }

        # 设定每个九宫格位置对应的舵机角度
        self.position_angles = {
            0: (55, 100, 80),  # 初始位置
            1: (91, 107, 40),  # 位置 1: 基座 97°，肩部 14°，肘部 0°
            2: (86, 106, 38),  # 位置 2: 基座 90°，肩部 14°，肘部 0°
            3: (81, 106, 36),  # 位置 3: 基座 82°，肩部 14°，肘部 0°
            4: (90, 102, 68),  # 位置 4: 基座 97°，肩部 5°，肘部 3°
            5: (86, 102, 68),  # 位置 5: 基座 90°，肩部 0°，肘部 78°
            6: (78, 102, 68),  # 位置 6: 基座 82°，肩部 5°，肘部 3°
            7: (89, 101, 88),  # 位置 7: 基座 99°，肩部 0°，肘部 45°
            8: (84, 102, 88),  # 位置 8: 基座 90°，肩部 0°，肘部 45°
            9: (78, 101, 88),  # 位置 9: 基座 80°，肩部 0°，肘部 46°
            'A1': (99, 108, 49),  # 取棋子位置 1: 基座 97°，肩部 14°，肘部 0°
            'B1': (101, 104, 71),  # 取棋子位置 1: 基座 97°，肩部 14°，肘部 0°
            'C1': (100, 104, 87),  # 取棋子位置 1: 基座 97°，肩部 14°，肘部 0°
            'D1': (103, 103, 100),  # 取棋子位置 1: 基座 97°，肩部 14°，肘部 0°
            'A2': (74, 107, 47),  # 取棋子位置 2: 基座 97°，肩部 14°，肘部 0°
            'B2': (70, 104, 73),  # 取棋子位置 2: 基座 97°，肩部 14°，肘部 0°
            'C2': (68, 104, 90),  # 取棋子位置 2: 基座 97°，肩部 14°，肘部 0°
            'D2': (63, 103, 104),  # 取棋子位置 2: 基座 97°，肩部 14°，肘部 0°
        }

        # 设置GPIO模式
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)

        # 设置舵机引脚
        self.pwm = {}
        self.last_time = 0  # 上一次设置时间
        self.debounce_time = 0.5  # 防抖时间（秒）

        for servo in self.servos.values():
            GPIO.setup(servo, GPIO.OUT)
            self.pwm[servo] = GPIO.PWM(servo, 50)  # 50Hz
            self.pwm[servo].start(0)

    def set_servo_angle(self, pwm, target_angle, speed):
        """将舵机平滑旋转到指定角度，并实现防抖逻辑"""
        current_time = time.time()  # 获取当前时间

        # 防抖逻辑
        if current_time - self.last_time < self.debounce_time:
            return  # 如果距离上次设置时间小于防抖时间，则不执行

        # 计算占空比
        duty = self.angle_to_duty_cycle(target_angle)

        # 确保占空比在合理范围内
        if duty < 0:
            duty = 0
        elif duty > 12:  # 假设最大是180度
            duty = 12

        pwm.ChangeDutyCycle(duty)
        time.sleep(speed)  # 按速度控制时间延迟
        pwm.ChangeDutyCycle(0)  # 停止PWM信号
        self.last_time = current_time  # 更新最后设置时间

    def move_servo(self, servo_name, angle):
        """指定舵机移动到指定角度"""
        self.set_servo_angle(self.pwm[self.servos[servo_name]], angle, 0.5)  # 设置速度为0.5秒

    def move_to_position(self, position):
        """移动机械臂到指定棋盘位置（1-9）"""
        if position in self.position_angles:
            angles = self.position_angles[position]  # 获取角度元组
            self.move_servo('base', angles[0])
            time.sleep(0.5)# 移动基座
            self.move_servo('elbow', angles[2])
            time.sleep(0.5)
            self.move_servo('shoulder', angles[1])  # 移动肩部
              # 移动肘部
        else:
            print("无效的位置编号！")
    def remove_to_position(self, position):
        """移动机械臂到指定棋盘位置（1-9）"""
        if position in self.position_angles:
            angles = self.position_angles[position]  # 获取角度元组
            self.move_servo('shoulder', angles[1])# 移动基座
            time.sleep(0.5)
            self.move_servo('elbow', angles[2])
            time.sleep(1)
            self.move_servo('base', angles[0])
        else:
            print("无效的位置编号！")
    def angle_to_duty_cycle(self, angle):
        """将角度转换为PWM占空比（0到100之间）"""
        return (angle / 18) + 2  # 示例转换，具体根据舵机类型调整

    def cleanup(self):
        """清理GPIO设置"""
        for pwm in self.pwm.values():
            pwm.stop()
        GPIO.cleanup()



class RelayController:  # 电磁铁控制
    def __init__(self, relay_pin,led_pin, debounce_time=0.5):
        """
        初始化继电器控制类
        :param relay_pin: 继电器连接的 GPIO 引脚
        :param debounce_time: 控制继电器的状态保持时间（秒）
        """
        self.relay_pin = relay_pin
        self.led_pin=led_pin
        self.debounce_time = debounce_time

        # 设置 GPIO 模式为 BCM
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)

        # 设置引脚为输出模式
        GPIO.setup(self.relay_pin, GPIO.OUT)
        GPIO.setup(self.led_pin, GPIO.OUT)

    def turn_on(self):
        """开启继电器"""
        print("继电器开启")
        GPIO.output(self.relay_pin, GPIO.HIGH)  # 继电器开启

    def turn_off(self):
        """关闭继电器"""
        print("继电器关闭")
        GPIO.output(self.relay_pin, GPIO.LOW)  # 继电器关闭
        # 点亮LED灯1秒
        GPIO.output(self.led_pin, GPIO.HIGH)  # 点亮LED
        time.sleep(1)  # 等待1秒
        GPIO.output(self.led_pin, GPIO.LOW)   # 关闭LED

    def run(self):
        """控制继电器的状态"""
        try:
            while True:
                self.turn_on()
                time.sleep(self.debounce_time)  # 保持状态

                self.turn_off()
                time.sleep(self.debounce_time)  # 保持状态

        except KeyboardInterrupt:
            print("程序终止，清理 GPIO 设置")

        finally:
            self.cleanup()

    def cleanup(self):
        """清理 GPIO 设置"""
        GPIO.cleanup()




















def main1():
    # 初始化舵机控制
    arm_control = ArmControl()
    relay_controller = RelayController(relay_pin=17,led_pin=12)  # 假设继电器连接在 GPIO 17 引脚

    try:
        # 初始位置（0）
        print("移动到初始位置")
        arm_control.move_to_position('A1')
        time.sleep(10)  # 延时2秒，确保机械臂到达初始位置
        arm_control.remove_to_position(0)
        time.sleep(2)
        arm_control.move_to_position('B1')
        time.sleep(10)  # 延时2秒，确保机械臂到达初始位置
        arm_control.remove_to_position(0)
        time.sleep(2)
        arm_control.move_to_position('C1')
        time.sleep(10)  # 延时2秒，确保机械臂到达初始位置
        arm_control.remove_to_position(0)
        time.sleep(2)
        arm_control.move_to_position('D1')
        time.sleep(10)  # 延时2秒，确保机械臂到达初始位置
        arm_control.remove_to_position(0)
        time.sleep(2)
        arm_control.move_to_position('A2')
        time.sleep(10)  # 延时2秒，确保机械臂到达初始位置
        arm_control.remove_to_position(0)
        time.sleep(2)
        arm_control.move_to_position('B2')
        time.sleep(10)  # 延时2秒，确保机械臂到达初始位置
        arm_control.remove_to_position(0)
        time.sleep(2)
        arm_control.move_to_position('C2')
        time.sleep(10)  # 延时2秒，确保机械臂到达初始位置
        arm_control.remove_to_position(0)
        time.sleep(2)
        arm_control.move_to_position('D2')
        time.sleep(10)  # 延时2秒，确保机械臂到达初始位置
        arm_control.remove_to_position(0)



    except KeyboardInterrupt:
        print("操作中断")

    finally:
        # 清理GPIO设置
        arm_control.cleanup()
        relay_controller.cleanup()
        
        
        
        
        
if __name__ == "__main__":
    main1()