Pi-Schachbrett

 (readymag.website)
1 Punkte von GN⁺ 2024-11-11 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Pi Board ist ein automatischer Schachroboter, der Schachfiguren mithilfe eines Raspberry Pi, eines XY-Schrittmotorsystems und Magneten automatisch bewegt
  • Der Kern der Umsetzung liegt in einem XY-Gitter, das alle 64 Felder abdeckt, sowie in einer Koordinatenkalibrierung, die die Figurenpositionen zuverlässig ausrichtet
  • Spieler können ihre Seite und den Schwierigkeitsgrad der Schach-Engine wählen; in der Entwicklungsphase sind über eine Internetverbindung auch Fernpartien möglich
  • Der Bauprozess entwickelte sich von Arduino-Tests zu einem Raspberry-Pi-basierten Design; die interne Bewegungsstruktur des Bretts besteht aus 3D-gedruckten Schienen und Schrittmotoren
  • Der Elektromagnet-Ansatz zeigte beim Testen von Bauern Potenzial, hat aber wegen Überhitzung und Fehlern beim Absetzen der Figuren Grenzen für schnelle und zuverlässige Interaktion

Das von Pi Board umgesetzte automatische Schacherlebnis

  • Pi Board ist ein Raspberry-Pi-basiertes automatisches Schachsystem, das Figuren mithilfe von XY-Schrittmotoren und Magneten unter dem Brett bewegt
  • Spieler können ihre Seite und den Schwierigkeitsgrad der Schach-Engine anpassen
  • In der Entwicklungsphase sind über die Internetverbindung auch netzwerkbasierte Fernpartien möglich
  • Die Motivation für den Bau stammt aus der Szene, in der Ron und Harry in den Harry-Potter-Filmen Schach spielen, sowie aus einem Demo-Video des Square-Off-Schachbretts auf YouTube
  • Für die ersten Tests wurde Arduino verwendet, später fiel die Wahl auf Raspberry Pi als Hauptprozessor des Projekts

Probleme, die im Bauprozess gelöst werden mussten

  • Der Entwicklungsprozess umfasste mehrere Kalibrierungsarbeiten, damit das Brett zuverlässig mit echten Schachfiguren interagiert
    • Präzise Kalibrierung der Schrittmotor-Koordinaten
    • Berechnung des Gewichts jeder Schachfigur
    • Integration der Schach-Engine
    • Optimierung der Strategie zum Aufnehmen der Figuren und der Bewegungserkennung
    • Auswahl effizienter Algorithmen zur Reduzierung des Stromverbrauchs der Schrittmotoren
  • Damit die Schrittmotor-Koordinaten korrekt abgeglichen werden können, müssen die Felder des Referenzbretts klar eingezeichnet sein

XY-Gitter und Antriebshardware

  • Die zentrale Hardware ist ein XY-Schrittmotor-Gitter, das dafür sorgt, dass der Magnet jeden Punkt der 64 Schachfelder erreichen kann
  • Gewählt wurde eine einfache Struktur, bei der zwei Motoren an maßgefertigten 3D-gedruckten Teilen und Schienen befestigt sind
    • Dieser Ansatz wurde als ruhiger in der Bewegung über dem Brett eingeschätzt als ein Gitter mit Stepper-Rädern
    • In der Testphase war ein Arduino-Mikrocontroller nützlich
    • Die benötigten elektronischen Komponenten lassen sich mit einem einfachen CNC-Kit zusammenstellen
    • Schrittmotoren sind anfangs laut, aber mit einem geräuscharmen Schrittmotortreiber wie dem TMC 2209 lässt sich der Lärm deutlich reduzieren
  • Um die Stabilität des Bretts zu erhöhen, wurde dem Design eine zusätzliche Schiene hinzugefügt

Grenzen des figurengreifenden Elektromagneten

  • An der Stelle des ersten Mechanismus zum Aufnehmen der Figuren wurde ein Elektromagnet eingesetzt
  • Die Methode zum Aufnehmen der Figuren bei automatischen Schachbrettern beruht darauf, kleine Magnete an den einzelnen Figuren anzubringen und über unterschiedliche Polaritäten Figuren verschiedener Farben aufzunehmen
  • Bei den Elektromagnet-Tests des aktuellen Designs traten mehrere Probleme auf
    • Bauern bewegten sich im Video fast perfekt, doch das Überhitzungsproblem war erheblich
    • Viele moderne Elektromagnete haben Schwierigkeiten, ihre Polarität sofort umzuschalten
    • Beim Absetzen der Figuren traten wiederholt Fehler auf
  • Mehrere Tests zeigen, dass Elektromagnete weiterhin nur eingeschränkt geeignet sind, die für schnelle und zuverlässige Benutzerinteraktionen nötige Figurenaufnahme effektiv umzusetzen

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-11-11
Kommentare auf Hacker News

  • Ich frage mich, warum das wie Marketingtext formuliert ist. Leute, die sich für solche Projekte interessieren, wollen vermutlich eher eine technische Erklärung lesen.
    Zum Beispiel fände ich etwas wie „Das Pi Board verwendet, wie der Name nahelegt, intern einen Raspberry Pi, berechnet Engine-Züge und bewegt die Figuren mit Schrittmotoren und Magneten. Es wurde ziemlich viel Aufwand in die Senkung des Stromverbrauchs gesteckt, und die Figuren wurden gewogen, um Schlag- und Bewegungsaktionen effizienter zu machen“ besser.

    • Vermutlich ein Blogbeitrag mit LLM-Unterstützung.

  • Ich will nicht den Spaß verderben, aber wenn die Figur beim Ziehen andere Figuren wegschiebt und ein Mensch diese verschobenen Figuren wieder an ihren Platz stellen muss, ist da noch Arbeit übrig. Auch geschlagene Figuren sollten von selbst vom Brett gehen.

    • Mein erster Gedanke war, dass man die verschobenen Figuren mit dem gleichen Mechanismus automatisch wieder an ihren Platz zurückbringen könnte.
    • Für ein Hobbyprojekt sieht das nach ziemlich viel Fortschritt aus.
      Die letzten 20 % der Funktionen zu polieren, kann ein ganzes Leben dauern; schön wäre, wenn andere Schach-/Robotik-Enthusiasten dazustoßen und die Randfälle schnell abarbeiten würden.
    • Ich sehe das nicht als „Arbeit, die ein Mensch erledigen muss“, sondern eher als Vorrichtung, die einen stärker in die Illusion, gegen ein anderes Wesen Schach zu spielen, hineinzieht.
    • Das Video war ehrlich gesagt nicht besonders beeindruckend.

  • Erinnert mich an Regium. Das war vor fünf Jahren ein Kickstarter-Betrug, bei dem realistisch wirkende 3D-Animationsvideos eines scheinbar automatischen Schachbretts genutzt wurden, um Leuten Geld abzuknöpfen.
    chess.com nahm Geld von Regium und bewarb den Betrug bei seinen eigenen Nutzern; nachdem sie schließlich von Kickstarter verbannt wurden, flogen sie auch von anderen Kickstarter-Klonen, bis sie dann ihre eigene Kickstarter-Kopie hosteten. Das war ein ziemliches Chaos; auf YouTube findet man einiges, wenn man nach „regium chess board“ sucht.
    Das Pi Board sieht nach einem spannenden Projekt aus und dürfte über die nächsten Jahre weiter verfeinert werden.

  • Vielleicht habe ich es übersehen, aber ich glaube nicht, dass erklärt wurde, wie die Züge des Spielers erkannt werden. Nutzt es eine Kamera und Computer Vision? Elektronisch wirkte das für mich immer wie ein schwieriges Problem, weil man eine Sensormatrix braucht und damit sehr viel Verkabelung bekommt.

    • Ich wollte auch schon immer ein Smart Chessboard bauen, das keine beweglichen Teile hat und nur Züge erkennt.
      Die Ansätze, über die ich nachgedacht habe: RFID mit 64 Antennen und Multiplexing, um zu erkennen, welche Figur auf welchem Feld steht; ein Vision-Ansatz mit Referenzmarkern unter jeder Figur und Blick von unter einem Acrylbrett; sowie Hall-Effekt-Sensoren, die keine Figuren identifizieren, sondern von der normalen Startaufstellung ausgehen und aus dem Feld, von dem eine Figur aufgenommen, und dem Feld, auf dem sie abgesetzt wurde, ableiten, welche Figur gezogen hat.
      Mit jedem dieser Ansätze wäre es interessant, daraus ein kleines einzelnes PCB-Board zu machen.

  • Die Springerbewegung wirkt irgendwie unheimlich. Viele kleine Bewegungen und Drehungen, und dann schiebt er einfach einen Bauern weg, den ein Mensch wieder hinstellen muss.

    • Die Rochade bei 2:10 war auch ziemlich schlampig. Fairerweise muss man sagen, dass manche Menschen das Brett nach einem Zug ebenfalls so hinterlassen :P
    • Die Hintergrundgeräusche im Video waren extrem störend. Wenn das ein echter Arbeitsplatz ist, würde ich dort wahnsinnig werden.

  • Ich frage mich, ob die Bewegung besser wäre, wenn man unter dem Brett zwei Arme verwenden würde. Man bräuchte zwei Motoren zur Steuerung des Winkels jedes Arms und eine Vorrichtung zum Ausfahren der Arme, aber ein Arm könnte störende Figuren beiseiteräumen, während der andere die Zielfigur bewegt.
    Um die Positionen und Bewegungsziele der Arme zu verfolgen, würde man wohl ein Polarkoordinatensystem statt eines kartesischen Koordinatensystems verwenden, und geschlagene Figuren ließen sich damit vermutlich auch vom Brett bewegen.

  • Das gab es schon 1982.
    https://www.youtube.com/watch?v=ITSXPdfxesU
    http://www.chesscomputeruk.com/html/milton_bradley_phantom.h...

    • Ich erinnere mich ganz sicher, so etwas bei einem Freund zu Hause gesehen zu haben. Die Details, wie es bei Bedarf Figuren beiseite räumte und dann zog, habe ich klar vor Augen, aber an das Geräusch des XY-Mechanismus erinnere ich mich nicht.

  • Es sieht wirklich so aus, als hätte es große Mühe, die Figuren zu bewegen. Weitere Entwicklung ist nötig.

  • Ich bin Tamerlan, der dieses Schachbrett gebaut hat. Die Hintergrundgeräusche kommen daher, dass ich in einer Garage arbeite, und da ich derzeit noch Schüler bin, habe ich nicht viel Zeit für Verbesserungen wie das automatische Entfernen geschlagener Figuren oder einen zusätzlichen Roboterarm darunter, der Figuren wegräumt.
    Deshalb habe ich mich vorerst für eine Bewegungsweise entschieden, bei der die Figuren durch die Mitte der Felder gezogen werden. Ich möchte das Pi Board weiter verbessern; Technik ist seit Langem mein Hobby, und weil ich Schach mag, habe ich beides miteinander verbunden.
    Webentwicklung liegt mir nicht besonders, daher ist die Website nicht perfekt, aber ich habe sie gebaut, um den Kern des Konzepts zu zeigen. Später will ich auch die Website verbessern und sie mit anderen Projekten verknüpfen, die ich in den letzten Jahren gebaut habe. Wenn ihr weiter über das Brett sprechen wollt, könnt ihr mir unter thstudios0708@gmail.com eine Mail schreiben.

  • Cooles Projekt. Könnte man geschlagene Figuren mit einem starken umgekehrten Magnetimpuls vom Brett schießen? Ich frage mich, ob das mit angepasstem Offset und angepasster Leistung sogar halbwegs präzise möglich wäre.

    • Battle Chess 2024 wäre dann noch spannender als das Original. Der menschliche Spieler müsste den Angriffen des elektronischen Gegners ausweichen.
      Manche interessanten Ideen setzt man besser nicht um.