- Pi Boardは、Raspberry PiとXYステッパーモーター、磁石でチェスの駒を自動で動かす自動チェスロボット
- 実装の要点は、64マス全体をカバーするXYグリッドと、駒の位置を安定して合わせる座標補正にある
- プレイヤーは陣営とチェスエンジンの難易度を選べ、開発段階ではインターネット接続によるリモート対局も可能
- 製作過程はArduinoでのテストからRaspberry Piベースの設計へ移行し、3Dプリントのレールとステッパーモーターでボード内部の移動構造を構成
- 電磁石方式はポーン移動テストでは可能性を示したが、過熱と駒の配置ミスのため、高速で信頼性の高いインタラクションには限界がある
Pi Boardが実現した自動チェス体験
- Pi BoardはRaspberry Piベースの自動チェスシステムで、ボード下のXYステッパーモーターと磁石を使って駒を動かす
- プレイヤーは自分の陣営とチェスエンジンの難易度を調整できる
- 開発段階では、インターネット接続機能を通じてネットワークベースのリモート対局も可能
- 製作のきっかけは、Harry Potter映画でRonとHarryがチェスをする場面と、YouTubeのSquare Offチェスボードのデモ動画
- 初期テストにはArduinoを使用し、その後Raspberry Piがプロジェクトのメインプロセッサとして選ばれた
製作過程で解決すべき課題
- 開発過程には、ボードが実際のチェス駒と安定して相互作用するためのさまざまな補正作業が含まれる
- ステッパーモーター座標の高精度な補正
- 各チェス駒の重量計算
- チェスエンジンの統合
- 駒の把持戦略と移動検知の最適化
- ステッパーモーターの消費電力を減らすための効率的なアルゴリズムの選定
- ステッパーモーターの座標を合わせるには、基準となるボードのマス目が明確に描かれている必要がある
XYグリッドと駆動ハードウェア
- 中核ハードウェアは、磁石が64個のチェスマスのどの位置にも到達できるようにするXYステッパーグリッド
- 2つのモーターをカスタム3Dプリント部品とレールに取り付けるシンプルな構造が選ばれた
- この方式は、ステッパーホイールグリッドよりもボード上での移動がより滑らかだと判断された
- テスト段階ではArduinoマイクロコントローラーが有用だった
- 必要な電子部品はシンプルなCNCキットで構成できる
- ステッパーモーターは当初かなり騒音が大きいが、TMC 2209のような静音ステッパーモータードライバーを追加すると騒音を大幅に減らせる
- ボードの安定性を高めるため、設計にレールをもう1本追加した
電磁石ベースの駒把持の限界
- 初期の駒把持装置の位置には電磁石が使われた
- 自動チェスボードの駒把持方式は、各駒に小さな磁石を付けて極性を変え、異なる色の駒を把持する構造に依存している
- 現在の設計の電磁石テストでは、いくつかの問題が明らかになった
- ポーンは動画ではほぼ完璧に動いたが、過熱問題が大きかった
- 多くの現代の電磁石は極性を即座に切り替えるのが難しい
- 駒を置く過程で繰り返しエラーが発生した
- 複数のテスト結果から、電磁石は高速で信頼性の高いユーザーインタラクションに必要な駒把持作業を効果的にこなすには難しい方式のままだと分かった
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
マーケティング文句のように書いた理由が気になる。こういうプロジェクトに興味を持つ人は、たいていエンジニアリング寄りの説明をもっと読みたがると思う
例えば「Pi Boardは名前の通り内部にRaspberry Piを使い、エンジンの手を計算したうえでステッピングモーターと磁石で駒を動かします。消費電力を抑えることにかなり力を入れており、各駒の重さを測って、駒取りや移動動作をより効率化しました」といった書き方のほうがよいと思う
興ざめさせたいわけではないが、駒が動くときに別の駒を押しのけ、その押された駒を人間が元の位置に戻さなければならないなら、まだやることは残っている。取られた駒も自分で盤外へ出ていくべきだ
最後の20%の機能を磨き込むには一生かかることもあるので、ほかのチェス／ロボット愛好家が加わって、境界ケースを早く処理できるとよい
Regiumを思い出す。5年前のKickstarter詐欺で、自動チェス盤のように見えるリアルな3Dアニメーション動画を使って人々から金をだまし取った
chess.comはRegiumから金を受け取り、その詐欺を自分たちのユーザーに宣伝した。結局Kickstarterから追い出された後、ほかのKickstarterクローンサイトからも追い出され、最後には自前のKickstarterクローンサイトをホストしていた。かなりの混乱で、YouTubeで「regium chess board」と検索するといくつか出てくる
Pi Boardは面白いプロジェクトに見えるし、数年かけてさらに磨かれていきそうだ
見落としたのかもしれないが、プレイヤーの手をどう検知しているのかという説明を見なかった気がする。カメラとコンピュータービジョンを使っているのだろうか？ 電子的に解こうとするとセンサー行列が必要になり、配線が多くなる厄介な問題にいつも見えていた
考えた方法は、64個のアンテナを置いてマルチプレクシングし、どのマスにどの駒があるかを検知するRFID、各駒の下に基準マーカーを貼り、アクリル盤の下から見るビジョン方式、そして駒の識別はせず通常の開始配置を仮定したうえで、どのマスから持ち上げてどのマスに置いたかによってどの駒が動いたかを推論するホール効果センサー方式だ
どの方式でも、小さな単一PCBのボードとして作ると面白そうだ
ナイトの動きがどこか不気味だ。小さな移動と回転が多く、そのうえ単にポーンを押しのけると、人間が戻さなければならない
盤の下に2本のアームを使えば、動きがもっと良くなるのか気になる。各アームの角度を制御するモーター2つと、アームを伸ばす装置が必要になるだろうが、片方のアームで邪魔な駒をどかし、もう片方のアームで目的の駒を動かせる
アームの位置と移動目標を追跡するには直交座標系ではなく極座標系を使うことになりそうで、取られた駒も盤外へ移せそうだ
https://www.youtube.com/watch?v=NNtsMVEx-CM
1982年にもあった
https://www.youtube.com/watch?v=ITSXPdfxesU
http://www.chesscomputeruk.com/html/milton_bradley_phantom.h...
駒を動かすのに本当にかなり苦労しているように見える。追加開発が必要だ
このチェス盤を作ったTamerlanです。背景ノイズはガレージで作業しているためで、現在高校生なので、取られた駒を自動で取り除いたり、下に追加のロボットアームを入れて駒をどかしたりする改善にまで割く時間はあまりありません
そこでひとまず、駒がマスの中央を通るように動かす方式を選びました。今後もPi Boardを改善し続けたいですし、工学は昔からの趣味で、チェスも好きなので、その2つを結び付けてみたものです
Web開発は得意ではないのでサイトは完璧ではありませんが、コンセプトの核心を見せるために作りました。後でWebサイトも改善して、ここ数年で作ったほかのプロジェクトともつなげる予定です。ボードについてもっと話したい場合は thstudios0708@gmail.com までメールしてください
すばらしいプロジェクトだ。強い逆向きの磁気パルスで取られた駒を盤外へ発射できるだろうか？ オフセットと出力を調整すれば、ある程度精密にもできるのか気になる
面白いアイデアでも、実装しないほうがよいことはある