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 copyclass 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)  # 50Hzself.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 = 0elif duty > 12:  # 假设最大是180度duty = 12pwm.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_pinself.led_pin=led_pinself.debounce_time = debounce_time# 设置 GPIO 模式为 BCMGPIO.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LEDtime.sleep(1)  # 等待1秒GPIO.output(self.led_pin, GPIO.LOW)   # 关闭LEDdef 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()