全自動發牌機的製作方法

2023-06-03 16:03:36

專利名稱：全自動發牌機的製作方法
技術領域：
本發明涉及紙脾遊戲，尤其是涉及能識別和發放不同類型撲克牌的全自動發牌機。
背景技術：
紙牌遊戲，特別是橋牌比賽是人們生活中一種重要的娛樂和腦力鍛鍊方式，傳統的洗牌和發牌完全由人工完成，但這種方式效率低、公平性差，於是人們期待一種代替人工的洗牌和發牌機器；特別的，在正規的橋牌比賽中，人們希望按照計算機做牌軟體所生成的發牌資料庫的要求進行發牌，並能實現多副牌按照同一要求的重複發牌(重複發牌意味者各副牌發放情況完全一樣)，於是人們期待一種能自動識別撲克牌的自動識別發牌機器。
現有的發牌機可以分為三類，第一類是純機械發牌機，這種發牌機完全模擬人工洗牌和發牌，不對撲克牌進行識別，只適合簡單的紙牌遊戲；第二類是順序發牌機，這種發牌機可以按照計算機發牌資料庫的要求發牌並可重複發牌，但要求所發的每一副牌發牌前都是按照特定的順序排放的，這樣將大大增加工作人員的勞動強度，因而它不是真正意義上的自動識別發牌機；第三類是條碼發牌機，它通過印在特製撲克牌上的條碼對撲克牌進行識別，是一種真正意義上的自動識別發牌機，但這種條碼發牌機也存在嚴重不足1、條碼發牌機所發的牌只能是價格昂貴的專用條碼撲克牌，而對於一般的撲克牌，這種發牌機就無能為力了；2、由於在條碼撲克牌的兩端印製了一系列條形碼，其美觀性變差，而且也不符合人們的習慣，使一些牌手在比賽中感到不適應。3、在比賽過程種，條碼發牌的條形碼很容易受到汙染，而條碼識別本身抗幹擾能力差，這將嚴重影響發牌機對條碼撲克牌識別的準確性和可靠性，往往一副嶄新的牌在玩過幾輪之後要清洗或者更換。
也有人申請過發牌機方面的專利，例如ZL 91101621的「發牌機」、ZL01237743的「自動發牌機」、ZL 200320108002的「一種自動發牌機」等，但這些發牌機均為無識別功能的純機械發牌機，無法滿足橋牌賽事「嚴格按照發牌資料庫進行重複可靠發牌」的要求。
由此可見，研製一種能夠適用於不同撲克牌並且具有高效率、高可靠性的自動識別發牌機是具有重要意義的。

發明內容
為了克服背景技術發牌機的不足，本發明的目的在於提供一種基於計算機圖像識別的全自動發牌機，該發牌機對撲克牌本身無特殊要求，它能快速準確地識別不同類型的撲克牌，把識別出的撲克牌準確發放到相應位置，並能自動完成牌套盒的推入和推出工作。
本發明採用的技術方案是一種自動發牌機，包括儲牌室、撥牌機構、傳牌機構、識牌裝置、分牌室、分牌機構、牌套室、牌套傳送機構和控制電路；垂直固定於底板的兩平行支撐板構成安裝空間，其中1)儲牌室位於安裝空間的右端，儲牌室的下方固定一個中間有開槽的橫板，橫板的右上角有一個矩形的識別窗口，橫板中央開槽處及下方安裝撥牌機構；2)撥牌機構包括直動電磁鐵、撥杆、導杆、頂端帶有小臺階的撥塊和彈簧；撥塊通過套有彈簧的導杆安裝在橫板的長方形開槽中，直動電磁鐵通過撥杆與撥塊的下端連接；撥塊的頂端帶有小臺階，小臺階的高度小於一張牌的厚度，撥塊向左運動時只能把一張牌撥向左端；3)傳牌機構包括電動機、帶有傳動槽的大傳動軸、帶有傳動槽的小傳動軸、帶有傳動槽的三個傳送滾筒、大壓緊滾筒、小壓緊滾筒、壓緊彈簧、長環形傳送帶和短環形傳送帶；大傳動軸通過兩根長環形傳送帶與套在各自傳動軸上的三個傳送滾筒傳動連接，大傳動軸又通過兩根短環形傳送帶與小傳動軸傳動連接；四個大壓緊滾筒分別通過壓緊彈簧壓緊在大傳動軸和三個傳送滾筒下端的長環形傳送帶上，小壓緊滾筒通過壓緊彈簧壓緊在小傳動軸下端的短傳送帶上；大傳動軸的一端與電動機的轉軸連接；傳牌機構安裝在安裝空間的中間，四個分牌室處於傳牌機構的下方；4)識牌裝置包括攝像頭和照亮燈；攝像頭位於橫板的識別窗口的正下方，照亮燈位於攝像頭的旁邊；攝像頭通過通信電纜與PC機相連接；5)分牌機構包括四個V形杆、電磁鐵、回復彈簧、光電行程開關；四個V形杆分別安裝在各分牌室的上端，四個V形杆的一端分別與電磁鐵連接，四個V形杆的另一端分別與支撐板轉動連接；6)牌套室位於發牌機的左前方；牌套傳送機構包括兩根轉動軸、同步傳送帶、步進電機和機械行程開關；兩根轉動軸分別裝在兩側板上，兩根轉動軸通過兩根同步傳送帶連接傳動，一根轉動軸通過彈性連軸節與步進電機連接，兩根同步傳送帶上同一位置上各有一個臺階面，同步傳送帶在步進電機的帶動下轉動時，此臺階面把牌套室中最下的一個牌套盒推向分牌室的下方，機械行程開關安裝在左側板上；7)控制電路控制電路包括微處理器、提示和報警電路、電機和電磁鐵控制電路、行程開關檢測電路和通信電路；提示和報警電路、電機和電磁鐵控制電路、行程開關檢測電路和通信電路通過線路和微處理器連接；提示和報警電路接發聲元件，電機和電磁鐵控制電路分別接電動機和各電磁鐵，行程開關檢測電路接各行程開關，通信電路通過通信電纜與機連接。
PC機對撲克牌的準確識別主要包括圖形預處理、圖像識別等兩個步驟。圖像預處理主要是通過圖像濾波技術去除圖像上的幹擾點或幹擾區域，這樣有助於識別那些受到過汙染或者圖像不太清晰的撲克牌；圖像識別主要是把獲取的有效撲克牌圖像數據與對應牌形資料庫中的標準牌形圖像數據進行對比運算或特徵值運算，以識別出該牌。對於一般的撲克牌，識別過程採用一個通用的牌形資料庫就夠了，這是因為計算機在圖像識別時能夠容忍不同廠家生產撲克牌的細微差別；當然，若某種撲克牌的圖像與一般的撲克牌相比區別很大時，也沒有問題，這時可以讓發牌機對該種特殊的撲克牌進行「學習」，即把該種撲克牌的圖像數據存儲到另外一個私有牌形資料庫中，在對該種撲克牌進行識別時調用私有牌形資料庫就可以了。
本發明具有的有益效果是1、本發明基於計算機圖像識別技術，對要識別的撲克牌無特別要求，能夠識別不同廠家生產的不同類型的撲克牌，避免使用給牌手帶來不適應且價格昂貴的專用條碼牌；2、本發明結構簡單，能夠把識別出的撲克牌按預定要求迅速準確地發放到相應位置，實現了高可靠性、高效率的發牌；3、自動推入和推出牌套盒，實現了真正意義上的連續自動發牌，大大提高了發牌效率，並降低了工作人員的勞動強度；4、本發明自動發化程度高，界面友好，操作簡單。


圖1是實施例發牌機俯視圖；圖2是實施例發牌機主視圖；圖3是實施例電路原理框圖；圖4是實施例電路圖；圖5是實施例微處理器程序流程圖；
圖6是實施例PC機程序流程圖。
圖中1、底板，2、支撐板，3、光電行程開關，4、電磁鐵，5、回復彈簧，6、V形杆，7、長環形傳送帶，8、彈性連軸節，9、電動機，10、調節塊，11、凸臺，12、照亮燈，13、識別窗口，14、攝像頭，15、橫板，16、撥塊，17、儲牌室，18、導杆，19、長方形開槽，20、彈簧，21、短環形傳送帶，22、小傳動軸，23、滾動軸承，24、小壓緊滾筒，25、大傳動軸，26、擋塊，27、分牌室，28、壓緊彈簧，29、大壓緊滾筒，30、傳送滾筒，31、直動電磁鐵，32、撥杆，33、小臺階，34、窄縫，35、機械行程開關，36、同步傳送帶，37、牌套室，38、臺階面，39、轉動軸，40、軸承，41、彈性連軸節，42、步進電機。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
一種自動發牌機，包括儲牌室、撥牌機構、傳牌機構、識牌裝置、分牌室、分牌機構、牌套室、牌套傳送機構和控制電路。如圖1和圖2所示，垂直固定於底板1的兩平行支撐板2構成安裝空間，其中1)儲牌室17位於安裝空間的右端，儲牌室17的下方固定一個中間有開槽的橫板15，橫板15的右上角有一個矩形的識別窗口13，橫板15中央開槽處及下方安裝撥牌機構。
2)撥牌機構包括直動電磁鐵31、撥杆32、導杆18、頂端帶有小臺階的撥塊16和彈簧20；撥塊16通過套有彈簧20的導杆18安裝在橫板15的長方形開槽19中，直動電磁鐵31通過撥杆32與撥塊16的下端連接；撥塊16的頂端帶有小臺階33，小臺階33的高度小於一張牌的厚度，撥塊16向左運動時只能把一張牌撥向左端。小臺階33的高度和窄縫34的厚度保證了撥牌時每次只有一張牌被撥向左端的傳牌結構，這也是發牌機得以順利實施發牌的前提和關鍵。當直動電磁鐵31通電的時候，使得儲牌室17中最下面的一張牌在撥塊16的推動下通過儲牌室17左端的窄縫34向左運動。
3)傳牌機構包括電動機9、帶有傳動槽的大傳動軸25、帶有傳動槽的小傳動軸22、帶有傳動槽的三個傳送滾筒30、大壓緊滾筒29、小壓緊滾筒24、壓緊彈簧28、長環形傳送帶7和短環形傳送帶21；大傳動軸25通過兩根長環形傳送帶7與套在各自傳動軸上的三個傳送滾筒30傳動連接，大傳動軸25又通過兩根短環形傳送帶21與小傳動軸22傳動連接；四個大壓緊滾筒29分別通過壓緊彈簧28壓緊在大傳動軸25和三個傳送滾筒30下端的長環形傳送帶7上，小壓緊滾筒24通過壓緊彈簧28壓緊在小傳動軸22下端的短傳送帶21上；大傳動軸25的一端與電動機9的轉軸連接；傳牌機構安裝在安裝空間的中間，四個分牌室27處於傳牌機構的下方。當大傳動軸25在電動機9的帶動下轉動時，小傳動軸22及其下端的小壓緊滾筒24、三個傳送滾筒30、四個大壓緊滾筒29都將一起轉動，該傳牌機構將把進入小傳動軸22下端的撲克牌傳向左邊。
4)識牌裝置包括攝像頭14和照亮燈12；攝像頭14位於橫板15的識別窗口13的正下方，照亮燈12位於攝像頭14的旁邊；攝像頭14通過通信電纜與PC機相連接。攝像頭14能夠根據PC的命令把從識別窗口13拍攝的撲克牌圖像傳送給PC機。本實施例中採用USB電纜實現攝像頭14和PC機的連接，其通信規則符合USB2.0的規範。
5)分牌機構包括四個V形杆6、電磁鐵4、回復彈簧5、光電行程開關3；四個V形杆6分別安裝在各分牌室27的上端，四個V形杆6的一端分別與電磁鐵4連接，四個V形杆6的另一端分別與支撐板2轉動連接。與各個V形杆在所對應的電磁鐵4的控制下可以繞支撐板2上的安裝小孔實現一定角度的轉動。當V形杆轉動到緊貼長傳送帶7的下方時，進入該分牌室27的撲克牌將掉入其下方的牌套盒裡，否則進入該分牌室27的撲克牌將繼續向左運動。本實施例中，所述各分牌室由擋塊26隔開，第4個分牌室對應電磁鐵略去不安裝。
6)牌套室位於發牌機的左前方；牌套傳送機構包括兩根轉動軸39、同步傳送帶36、步進電機42和機械行程開關35；兩根轉動軸39分別裝在兩側板上，兩根轉動軸39通過兩根同步傳送帶36連接傳動，一根轉動軸39通過彈性連軸節41與步進電機42連接，兩根同步傳送帶36上同一位置上各有一個臺階面38，同步傳送帶36在步進電機42的帶動下轉動時，此臺階面38把牌套室37中最下的一個牌套盒推向分牌室27的下方，機械行程開關35安裝在左側板上；機械行程開關35用於檢查牌套盒是否傳送到正確位置。
7)控制電路控制電路包括微處理器A、提示和報警電路B、電機和電磁鐵控制電路C、行程開關檢測電路D和通信電路E；提示和報警電路B、電機和電磁鐵控制電路C、行程開關檢測電路D和通信電路E通過線路和微處理器A連接提示和報警電路B接發聲元件，電機和電磁鐵控制電路C分別接電動機和各電磁鐵，行程開關檢測電路D接各行程開關，通信電路E通過通信電纜與PC機連接。
本實施例中，電動機9選用轉速為600r/min的直流電機。相對與步進電機而言，直流電機不僅體積小，重量輕，而且價格便宜。
本實施例中，直動電磁鐵31要求有較大的行程和較大的負載能力；電磁鐵4選用小型直動電磁鐵或者旋轉電磁鐵。
如圖3所示，所述控制電路主要由微處理器、行程開關檢測電路、電磁鐵控制電路、通信電路、提示和報警電路所組；控制電路通過通信電纜與PC機連接，以實現PC機和微處理器的通信。圖4是實施例電路圖，在該電路圖中。微處理器採用的ATMEL公司生產的AT89C58單片機，該單片機擁有32K的內部可擦寫存儲器，使用起來非常方便。為了提高單片機的運行速度，使用了24MHZ的晶振。行程開關檢測電路主要是通過檢測光電行程開關3的狀態用來判定牌的當前位置。電磁鐵控制電路用來控制電機和各電磁鐵的通電狀態，從而控制電機的轉動和電磁鐵的相應動作，撥牌結構、傳牌機構、分牌結構也正是通過電磁鐵控制電路來進行控制的。電磁鐵控制電路用主要由IRF740晶片和光藕隔離電路所組成。通信電路主要由ICL232串口通信晶片組成，其作用是實現微處理器與PC機的通信。提示和報警電路主要在發牌出現錯誤時向工作人員進行提示和報警，本實施例中，採用簡單的蜂鳴器進行聲音提示和報警。圖3中，P1口和P2口分別接7.5V和24V直流電源，P3口用於微處理器和PC的串口連接，P4口用於接各光電行程開關，P5口用於接直流電動機和各電磁鐵，P6用於機械行程開關和接步進電機。
下面結合圖5和圖6詳細敘述實施例工作的流程1、工作人員將一副或多副撲克牌放入發牌機右端的儲牌室17，並將一個或多個空牌套盒放入牌套室37；2、PC機程序通過攝像頭14獲取當前牌的圖像；3、PC機程序然後通過計算機圖像處理和識別技術快速識別出該牌，並與發牌資料庫進行對比，確定當前排的預定發牌位置；4、PC機通過通信電纜發送發牌數據到發牌機控制電路的微處理器；5、微處理器控制撥牌機構撥牌，儲牌室17中最下面的一張牌在撥塊16的推動下通過儲牌室17左端的窄縫34向左運動；6、傳牌機構將把進入傳牌機構右端的撲克牌繼續向左傳送；7、微處理器通過光電行程開關3確定牌的當前位置，並通過控制分牌機構V形杆的轉動6進行分牌，進而將牌發送到預定位置。
以上是一張牌的識別和發牌全過程；當上一張牌發牌發牌結束後，接著進行下一張牌的識別和發牌，直到整副牌全部發牌結束。當然，為了提高發牌的速度，各張牌的識別和發牌過程可以是重疊的，也就是說當上一張牌的分牌過程還未結束時，下一張牌的識別、撥牌過程已經可以開始了，這樣兩張或多張牌的發牌過程可以同時進行(這時發牌機的微處理器具有實時多任務的特性)。當整副牌全部發牌結束後，牌套傳送結構將自動把發好的牌套盒推出來，把下一個空牌套盒推向分牌室的下方，從而進行下一副牌的發放。
權利要求
1.一種自動發牌機，其特徵在於包括儲牌室、撥牌機構、傳牌機構、識牌裝置、分牌室、分牌機構、牌套室、牌套傳送機構和控制電路；垂直固定於底板(1)的兩平行支撐板(2)構成安裝空間，其中1)儲牌室(17)位於安裝空間的右端，儲牌室(17)的下方固定一個中間有開槽的橫板(15)，橫板(15)的右上角有一個矩形的識別窗口(13)，橫板(15)中央開槽處及下方安裝撥牌機構；2)撥牌機構包括直動電磁鐵(31)、撥杆(32)、導杆(18)、頂端帶有小臺階的撥塊(16)和彈簧(20)；撥塊(16)通過套有彈簧(20)的導杆(18)安裝在橫板(15)的長方形開槽(19)中，直動電磁鐵(31)通過撥杆(32)與撥塊(16)的下端連接；撥塊(16)的頂端帶有小臺階(33)，小臺階(33)的高度小於一張牌的厚度，撥塊(16)向左運動時只能把一張牌撥向左端；3)傳牌機構包括電動機(9)、帶有傳動槽的大傳動軸(25)、帶有傳動槽的小傳動軸(22)、帶有傳動槽的三個傳送滾筒(30)、大壓緊滾筒(29)、小壓緊滾筒(24)、壓緊彈簧(28)、長環形傳送帶(7)和短環形傳送帶(21)；大傳動軸(25)通過兩根長環形傳送帶(7)與套在各自傳動軸上的三個傳送滾筒(30)傳動連接，大傳動軸(25)又通過兩根短環形傳送帶(21)與小傳動軸(22)傳動連接；四個大壓緊滾筒(29)分別通過壓緊彈簧(28)壓緊在大傳動軸(25)和三個傳送滾筒(30)下端的長環形傳送帶(7)上，小壓緊滾筒(24)通過壓緊彈簧(28)壓緊在小傳動軸(22)下端的短傳送帶(21)上；大傳動軸(25)的一端與電動機(9)的轉軸連接；傳牌機構安裝在安裝空間的中間，四個分牌室(27)處於傳牌機構的下方；4)識牌裝置包括攝像頭(14)和照亮燈(12)；攝像頭(14)位於橫板(15)的識別窗口(13)的正下方，照亮燈(12)位於攝像頭(14)的旁邊；攝像頭(14)通過通信電纜與PC機相連接；5)分牌機構包括四個V形杆(6)、電磁鐵(4)、回復彈簧(5)、光電行程開關(3)；四個V形杆(6)分別安裝在各分牌室(27)的上端，四個V形杆(6)的一端分別與電磁鐵(4)連接，四個V形杆(6)的另一端分別與支撐板(2)轉動連接；6)牌套室位於發牌機的左前方；牌套傳送機構包括兩根轉動軸(39)、同步傳送帶(36)、步進電機(42)和機械行程開關(35)；兩根轉動軸(39)分別裝在兩側板上，兩根轉動軸(39)通過兩根同步傳送帶(36)連接傳動，一根轉動軸(39)通過彈性連軸節(41)與步進電機(42)連接，兩根同步傳送帶(36)上同一位置上各有一個臺階面(38)，同步傳送帶(36)在步進電機(42)的帶動下轉動時，此臺階面(38)把牌套室(37)中最下的一個牌套盒推向分牌室(27)的下方，機械行程開關(35)安裝在左側板上；7)控制電路控制電路包括微處理器(A)、提示和報警電路(B)、電機和電磁鐵控制電路(C)、行程開關檢測電路(D)和通信電路(E)；提示和報警電路(B)、電機和電磁鐵控制電路(C)、行程開關檢測電路(D)和通信電路(E)通過線路和微處理器(A)連接；提示和報警電路(B)接發聲元件，電機和電磁鐵控制電路(C)分別接電動機和各電磁鐵，行程開關檢測電路(D)接各行程開關，通信電路(E)通過通信電纜與PC機連接。
全文摘要
本發明公開了一種全自動發牌機，發牌機主要由牌套室、儲牌室、分牌室、識牌裝置、撥牌機構、傳牌機構、分牌機構、牌套傳送機構和控制電路組成，其中識牌裝置主要由攝像頭和照亮燈組成；本發明基於計算機圖像識別技術，對要識別的撲克牌無特別要求，能夠把識別出的撲克牌按預定要求迅速準確地發放到指定位置，實現了高可靠性、高效率的發牌；自動推入和推出牌套盒，實現了真正意義上的連續自動發牌，大大提高了發牌效率，降低了工作人員的勞動強度。
文檔編號A63F1/00GK1757422SQ20051006131
公開日2006年4月12日 申請日期2005年10月31日 優先權日2005年10月31日
發明者魏燕定, 高平波 申請人:浙江大學