理解核心功能

我们要明确“堆垛机”需要完成什么：

1. 发牌：从牌库中稳定地发出一张牌。

2. 运送：将发出的牌移动到指定位置。

3. 堆叠：将牌整齐地叠放在目标位置。

根据复杂程度，我们可以分为三个等级：基础版（手动/半自动）、进阶版（全自动） 和高级版（带识别功能）。

方案一：基础版

半自动发牌堆垛机

这个版本最简单，适合手工爱好者，核心是模拟人手发牌的动作。

所需材料：

* Arduino Uno/Nano 控制板

* 2个或多個28BYJ-48步进电机（带ULN2003驱动板）

* 1个SG90舵机

* 光敏电阻或红外对管传感器

* 亚克力板、螺丝、螺母、3D打印件（或乐高积木、木板作为替代）

* 扑克牌一副

机械结构与工作原理：

1. 牌库与推牌机构：

* 用一个垂直的卡槽存放扑克牌。

* 在牌库底部，一个步进电机带动一个偏心轮或滑块，周期性地将最底下的一张牌向前推出一点点。这是最关键的部分，需要反复调试出牌力度和角度，防止一次出多张牌。

* 技巧：在牌库出口处贴一小块绒布或使用软使用软橡胶片，增加摩擦力差，防止第二张牌被连带抽出。

2. 传送与堆叠机构：

* 被推出的牌会掉落到一个水平的传送平台上。

* 第二个步进电机通过皮带或丝杆，带动这个平台在X轴（或Y轴）方向移动。

* 平台移动到指定位置后，舵机可以做一个下压动作，确保牌被放平。

* 堆叠点是一个是一个固定的区域，平台每次将新牌运送到已堆叠牌堆的上方，然后平台略微下降或后退，让牌因重力落下，实现堆叠。

电路与程序逻辑：

* 电路：将所有电机和传感器连接到Arduino上。

* 程序逻辑：

1. 等待启动信号（如按钮按下）。

2. 推牌电机工作一个固定周期，推出一张牌。

3. 传感器检测到牌已发出。

4. 传送平台电机启动，将牌运送到预设的堆叠坐标。

5. 舵机动作机动作（可选），平台复位。

6. 重复步骤2-5，直到达到预定发牌数量。

方案二：进阶版

全自动XYZ轴堆垛机

这个版本更像一台标准的3D打印机，可以实现任意位置的精确堆叠。

所需材料：

* Arduino Mega/RAMPS 1.4 套件（或任何3D打印机主板如SKR）

* 3个或4个步进电机（42步进电机更佳）

* 限位开关位开关

* 同步带、同步轮、光滑杆、直线轴承

* 3D打印的结构件

* 一个“末端执行器”：可以是真空吸盘（用小气泵和电磁阀）或机械夹爪。

机械结构与工作原理：

1. 框架：搭建一个类似3D打印机的龙门架结构（CoreXY或普通的XYZ三轴）。

2. 供牌机构：可以使用方案一的推牌机构，并将其固定在机器的一个角落作为“牌库”。

3. 取牌与放置：

* 真空吸盘式：末端安装一个微型真空吸盘。当需要取牌时，吸盘移动到牌库上方，下降，气泵工作产生负压吸住最上面一张牌，然后提升并运送到目标位置，电磁阀关闭释放真空，牌落下。

* 机械夹爪式：使用两个舵机控制的夹爪，夹住牌的边缘进行搬运。

电路与程序逻辑：

* 电路：使用成熟的3D打印机控制方案（如Marlin固件），接线规范，扩展性强。

* 程序逻辑（G代码驱动）:

1. 机器回零（通过限位开关确定原点）。

2. 移动到牌库坐标 (X_library, Y_library, Z_library_down)。

3. 执行取牌动作（开启真空泵/闭合夹爪）。

4. 提升到安全高度 (Z_library_up)。

5. 移动到堆叠坐标 (X_stack, Y_stack, Z_stack_up)。

6. 下降到放置高度 (Z_stack_down)。放置高度可以随着牌堆的增高而逐层递减。

7. 执行放牌动作（关闭真空泵/打开夹爪）。

8. 重复步骤2-7。

优势：精度高，可以编程实现复杂的堆叠模式（如搭房子）。

方案三：高级版

带视觉识别的智能堆垛机

在方案二的基础上，增加摄像头和图像识别算法，使机器能“看见”牌。

所需材料：

* 方案二的全部材料

* Raspberry Pi（树莓派）或 Jetson Nano

* USB摄像头

* OpenCV库

系统架构：

* 分工：树莓派负责“大脑”（图像识别和高级决策），Arduino负责“小脑”（运动控制和底层执行）。两者通过串口（USB）通信。

* 工作流程：

1. 相机拍摄牌库区域的图像。

2. OpenCV算法识别出最上面一张牌的花色和点数。

3. 树莓派根据识别结果，决定这张牌应该被放到哪个牌堆（例如，分花色堆放，或者玩某种特定游戏）。

4. 树莓派通过串口向Arduino发送指令，例如：“将红桃A放到1号堆叠区”。

5. Arduino执行方案二中的取牌、移动、放牌流程。

制作步骤通用指南

无论选择哪个方案，以下步骤是通用的：

1. 设计与建模：

* 用纸笔画草图，明确各个模块的位置和关系。

* 使用3D建模软件（如Fusion 360, Tinkercad）设计结构件。这对于方案二和三几乎是必须的。你可以在Thingiverse等网站找到很多现成的3D打印机零件或灵感。

2. 机械组装：

* 先搭建主框架，确保稳固。

* 安装传动系统（同步带、丝杆），保证运动平滑、无卡顿。

* 组装末端执行器和供牌机构。这部分需要最多的耐心和调试。

3. 电路连接：

* 严格按照电机驱动板和控制板的说明书接线。

* 务必为步进电机提供独立的电源！ USB供电不足以驱动多个电机。

* 接好所有传感器和限位开关。

4. 编程与调试（最关键的环节）：

* 分模块测试：先写程序单独测试一个电机是否能正反转，再测试传感器是否读数正常。

* 集成测试：将各个模块的逻辑组合起来。例如，先让推牌机构推一张牌，然后用传送带运走。

* 精细调整：调整电机的速度、加速度、延迟时间等参数，直到整个过程流畅可靠。出牌部分是最大的难点，可能需要尝试不同的摩擦材料和出牌角度。

重要提示与挑战

* 出牌可靠性：这是整个项目的最大难点。商用发牌机使用了复杂的橡胶滚轮和刮片系统。DIY项目中，“摩擦送纸” 的原理（类似打印机或点钞机）是最值得借鉴的。

* 精度要求：堆叠的精度要求不高，但取牌和放置的精度要求较高，否则容易撞到已有的牌堆。

* 安全第一：使用工具时注意安全。电机在堵转时可能会发热甚至损坏，程序中最好加入超时保护。

对于初学者，我强烈建议从方案一（基础版） 开始。它能让你理解所有基本原理，并且在成功后能获得巨大的成就感。之后如果有兴趣，可以在此基础上升级到方案二或三。

这是一个非常有挑战性但也极具成就感的项目。祝你制作顺利！如果你在具体步骤中遇到问题，可以随时再来提问。