[发明专利]演示“汉诺塔”算法的机构及控制接口

说明书

本发明公开了一种演示“汉诺塔”算法的机构及控制接口，包括以汉诺塔模型与简易二维机械臂为基础的机械机构、机械伸臂、步进电机、传感器系统和具有多项功能的控制接口板；汉诺塔模型包括塔座和塔盘，塔座上设有A、B和C三个指定位置；机械机构包括水平运动机构和竖直运动机构，且均使用步进电机为其提供稳定的驱动动力；传感器系统包括第一行程开关、第二行程开关、接近开关传感器、位置开关传感器和加速度监测模块；控制接口板，主要功能是将控制器的控制信号转变成执行元件的输入信号，将所述传感器系统各装置和执行元件的输出信号转变成所述控制器的输入反馈信号。本发明能够满足汉诺塔游戏规则。

技术领域

本发明涉及软件算法编程练习实验教学器具领域，特别是涉及一种演示“汉诺塔”算法的机构及控制接口。

背景技术

汉诺塔作为一种古老的数学问题演变到今天的一种益智开发游戏以及典型算法的案例，除了在难度上有所降低其它并没有太大的改进。如今汉诺塔算法的表现形式主要是：实物益智玩具和运用Java、C、C++、VB以及汇编语言等诸多计算机语言编写出来的纯软件系统。

随着科技的发展，自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，人工智能已然成为了现代世界一门新的技术科学。“人工智能”一词最初是在1956年达特茅斯(Dartmouth)学会上提出的。从那以后，研究者们发展了众多理论和原理，人工智能的概念也随之扩展。人工智能是一门极富挑战性的科学，从事这项工作的人必须懂得计算机知识，心理学和哲学。人工智能是包括十分广泛的科学，它由不同的领域组成，如机器学习，计算机视觉等等，总的说来，人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。

2016年一位名叫Yosef Mirsky的实习生成功完成了他在公司的首个项目——编写程序，使用UR5机械臂来解决汉诺塔问题。这也是人类首次将人工智能与汉诺塔问题相结合，至此以后在网络上可以找到很多各种各样的的使用机械臂解决汉诺塔问题的视频。通过传统的实物玩具与自动化设备相结合，既令汉诺塔得到改进，同时又拥有时代特色。但目前所出现的机械臂算法演示方式却存在着机械手臂制作成本高或精度不够等问题，高精度的机械臂通常使用球坐标机械手或关节式机械手，因其自由度较多结构复杂，所以制作成本超高、可编程操控性的难度也极大。例如利用UR5实现汉诺塔演示功能，虽然精度高，但是其成本却远远超出了学生甚至学校实验室的可接受范围。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种演示“汉诺塔”算法的机构及控制接口，解决使用球坐标机械手或关节式机械手演示汉诺塔算法的高成本与操控难度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种演示“汉诺塔”算法的机构及控制接口，包括以汉诺塔模型与简易二维机械臂为基础的机械机构、机械伸臂、步进电机、传感器系统和具有多项功能的控制接口板；

所述汉诺塔模型包括塔座和塔盘，塔座上设有A位置、B位置和C位置三个指定位置，所述塔盘数量根据要求放置于塔座A或C位置处，且按自上而下直径逐渐增大顺序摆放；

所述机械机构包括水平运动机构和竖直运动机构；所述机械机构均使用步进电机为其提供稳定的驱动动力，且在两个方向上的运动机构均能实现自锁进行位置固定；

所述水平运动机构包括两根光轴导轨、齿条和水平载物台，水平载物台安装在两根平行的光轴导轨上，并用其作为运动导向和支撑；齿条安装在两根光轴导轨之间与水平载物台下安装的齿轮配合作为传动件；

所述竖直运动机构包括竖板、两根方形直线导轨、滚珠丝杠和固定传动件的安装板，竖板安装固定在水平载物台上，两根方形直线导轨相互平行地安装在竖板上，滚珠丝杠在两根方形直线导轨之间安装在竖板上，固定传动件的安装板以两根方形直线导轨作为导向和支撑，且与滚珠丝杠螺纹配合，滚珠丝杠旋转带动固定传动件的安装板沿两根方形直线导轨上下运动；