四川工程职业技术学院毕业综合实践人机对弈平台开发学生姓名 学生学号 学生班级 指导教师 完成时间 人机对弈平台开发摘要1997年世界首席国际象棋大师卡斯帕罗夫与IBM公司生产的计算机“更深的蓝”经过几轮角逐，“深蓝”终以2:1战胜了卡斯帕罗夫。这是人机博弈史上最伟大的一次较量，自此人机对弈的研究与发展风靡全球。本文所选取的是以井字棋游戏为实例，阐述了如何以单片机、PLC、关节机器人、以及触摸屏开发出的一个人机对弈平台。首先本文运用极值法、剪枝法以及博弈树理论建立起六轴机器人核心的回棋运算规则并通过STC单片机设计出了回棋程序；然后使用汇编语言编写出关节机器人的基本运动程序使机器人做到了推棋、下棋、收棋等动作。其次经过ModBusTCP协议以及以太网的通信方式将汇川PLC设置为系统主站，其他系统为从站，建立起的一个整个平台的信息通讯，并运用PLC的梯形图方式编写出了各个系统之间相互协调的控制程序。最后运用InoTouch Editor软件绘制出游戏的主界面、先手选取、棋盘落子、获胜情况以及游戏结束等界面并通过连接触摸屏可以进行实时的人机对弈。关键词：PLC 单片机 关节机器人 触摸屏 以太网 极值法Development of human-computer game platformAbstractIn 1997, the worlds chief chess player Kasparov and IBM produced the computer deeper blue after several rounds of competition, and deep blue defeated Kasparov by 2:1. This is the greatest contest in the history of human-computer game, and the research and development of the man machine game has been popular all over the world. In this paper, we take well play chess as an example to explain how to develop a personal game platform based on MCU, PLC, joint robot and touch screen.Based on the extremum method and tree pruning method and the game theory to establish six axis robot core of the same operation rules and through the STC microcontroller designed the same program; then using assembly language basic motion program joint robot make robots do chess, chess, chess push close action.Secondly, through the ModBusTCP protocol and the communication mode of Ethernet will Huichuan PLC is set to the master system, other systems from the station, communication of information to establish a whole platform, and use the PLC ladder way to write a program to control the coordination between the various systems.Finally, draw the main interface, the game player selection, the board and the end of the game, winning the Lazi interface and connected through the touch screen can be real-time man-machine chess by using InoTouch Editor software.Keywords: PLC Singlechip Joint robot HMI Ethernet Extremum method四 川 工 程 职 业 技 术 学 院 毕 业 综 合 实 践 论 文序言人工智能的出现绝非偶然，而人机对弈早在人工智能发展初期的20世纪50年代，来自IBM工程研究组的Samuel就开发出了跳棋程序，它具有初步的学习能力，可以在与人对弈的过程中不断地积累经验，提高自己的棋艺。并在1959年，这个程序战胜了其设计者本人。经过50余年的研究与发展，在2016年3月发生了一场风靡整个围棋界和人工智能领域的一件大事。来自谷歌的阿尔法（AlphaGo）与围棋世界冠军韩国九段棋手李世石进行了一场人机大战，在历时一周的对弈后终于有了结果：AlphaGo执白中盘战胜李世石。这样的结果令世人震惊。使人不经想起，人工智能经过几十年的发展，究竟到了何种地步？真的可以取代人类智能，达到一个令人类遥不可及的境界了吗？2016年末17年初，该程序在中国棋类网站上以“大师”（Master）为注册帐号与中日韩数十位围棋高手进行快棋对决，连续60局无一败绩，由此可见通过机器学习人类的棋类游戏并与人类对弈，一直是人工智能应用中经久不衰的话题。而人机对弈的精髓博弈论以及人工智能也很自然地引深并应用到政治、经济、军事、外交等各个领域。一、 设计内容与目的1.1 设计内容本次设计选取的是经典的井字棋为实例进行人机对弈，需对整个游戏平台进行分析与研究。其中触摸屏必须能实时反映整个对弈的过程（包括游戏开始，先手选取，棋盘落子以及获胜情况与游戏结束等）以及人落子的基本操控；为安全起见在对弈的过程中人的落子将由汇川的四轴机器人来代替完成，而埃夫特的六轴机器人落子则由单片机的运算得出（需设计出六轴机器人回棋的规则并编写书出单片机程序）；汇川PLC需完成各个系统之间的信息通讯。1.2 设计目的本次毕业设计的目的不仅是对以前所学过的知识与技能进行温习还要对其做到精益求精综合运用的程度；在设计的过程中将接触到一些高端产品即汇川机器人、埃夫特机器人等，需提升自我学习能力，以及完成一个完整项目的全局掌控能力同时也是自我提升的一次绝佳机会。二、 项目硬件选型及设计2.1 硬件选型2.1.1 触摸屏的选型触摸屏是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。本文所选用的是汇川IT6070E型号的触摸屏，它可提供USB、以太网、RS422/RS485等多项通讯连接方式可以较好的与各种设备进行连接使用，除此之外它还支持市场上绝大多数的PLC和控制器、伺服、变频器、温控表等，也可以为您特殊的控制器开发驱动程序，并支持离线仿真和在线仿真功能，极大的方便了程序的调试。下图为该产品的端口接线图：图2-12.1.2单片机的选择作为机器人运算的核心产品，它所具备的性能需要严格把关。本此设计是在九宫格内下棋，所需的运算复杂度并不算是太高，因此我所选择的单片机是是STC公司生产的STC15w4K32s4型单时钟周期（1T）的8位单片机（见图2-2），宽电压/高速/低功耗的增强型8051，内置8路10位的PWM，6路15位的专业PWM，8路10位的高速ADC（30万次/秒），4KRAM，32K的ROM，4路串口，7个定时计数器，4个外部中断，内置时钟电路，工作频率5MHZ30MHZ，是普通8051的530倍，完全能够胜任此次的设计任务。图2-22.1.3 PLC的选型可编程逻辑控制器（PLC）是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。本文所选用的H3U系列PLC是汇川技术开发的的第三代高性能小型PLC。得益于新一代工业级CPU与FPGA硬件架构，以及自主知识产权工业强度嵌入式软件设计，使得产品在性能以及容量上都有了巨大的提升。另外还开发了专门针对脉冲型3轴运动控制机型，其采用了逐脉冲调制专利技术，使得在加减速时每一个脉冲都有频率的调制变化，最大优化电机的稳定性。下表为H3U系列产品的产品基本信息：H3U通用机型H3U运动控制机型程序容量64K64K指令速度100ns100ns高速输入200k*8200k*3高速输出200k*5500k*3通信RS485*1、RS422*1、USB、Ethernet、CANRS485*1、RS422*1、USB、Ethernet、CAN扩展模块AM600扩展模块，CANLINK远程模块，AM600远程模块AM600扩展模块，CANLINK远程模块，AM600远程模块表2-12.1.4 关节机器人的选型关节机器人也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，适合用于诸多工业领域的机械自动化作业。从关节机器人的构造大致可分为托盘关节机器人（四轴）与五轴和六轴关节机器人。本次设计我所使用到的机器人如下：（1） 四轴机器的选择为安全起见在人机的对弈过程中，我选择使用一个机器人来代表人下棋。四轴机器人以快速，高效率以及执行力强而著称，因此我所选择的是汇川技术所生产的型号为IRB100-3-40Z15TS3-UNIT四轴机器人,此四轴SCARA机器人（以下简称四轴机器人）四轴机器人是特别为高速取放作业而设计的，四轴机器人又称SCARA机械臂， 机器人具有以下特点分布式控制系统免费开源代码无控制箱的机器人，结构简单低成本、高可靠目的：旨在提供一种低成本，易安装维护，可操作性强的四轴SCARA型机器人。（2） 六轴机器人的选择对于机器人下棋来说，由于每一个棋子的大小以及所处的位置是不固定的所以需要一个非常灵活的手臂来完成这项较为困难的任务，六轴机器人拥有六个旋转轴，类似于人类的手臂具有高度的灵活性和通用性。因此我所采用的是安徽埃夫特智能装备公司所生产的六轴机器人，其型号为ER3A-C60的六轴机器人（见图1-1），其中ER为该公司代码，3表示机器人末端最大负载为3Kg，C60为机器人的控制系统代号。拥有六个轴的它同时还具备多种坐标系以及可变换的末端夹具可以高效快速的完成推棋、放棋以及收棋等多项不同的功能。在工业生产中他可以装备自动夹取器或自动工具切换器以此执行多种操作，如对产品进行装卸、检查和贴商标，然后再将其放入包装中。同时六轴机器人拥有ACS、KCS、WCS、TCS、PCS等多种坐标系若建立不同的坐标系进行相互搭配使用更可以使六轴机器人应付多种大小和形状的产品，以及