天津市大学生电脑鼠走迷宫竞赛简介

来源:未知

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时间:2016-12-27

天津市大学生电脑鼠走迷宫竞赛是天津市教委组织的一项省级竞赛,是一项富有挑战性和趣味性的比赛。

 “电脑鼠”,英文名MicroMouse,是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置(微型机器人),电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径,采用相应的算法,快速地达到所设定的目的地。

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国际电气和电子工程学会(IEEE)每年都要举办一次国际性的电脑鼠走迷宫竞赛,自举办以来参加国踊跃,为此许多大学还开设了“电脑鼠原理和制作”选修课程。真正的首场电脑鼠迷宫竞赛于1979年在纽约举行。1991年以来,每年都有世界级的比赛。

依照比赛规则,当电脑鼠放入起点,按下启动键之后,它就必须自行决定搜寻法则并且在迷宫中前进、转弯、记忆迷宫墙壁资料、计算最短路径、搜寻终点等功能。电脑鼠迷宫竞赛结合了机械、电机、电子、控制、光学、程序设计和人工智能等多方面的科技知识。

人类在科技的发展史上,一直在尝试着想要创造出一个具有肢体、感官、脑力等综合一体的智能机器人,而电脑鼠就是一个很能够用来诠释肢体、感官及脑力综合工作的基本实例,这也是当初电脑鼠被发明的理由,希望能够借助电脑鼠的创作来进而研究与发明更加复杂的机械。

电脑鼠走迷宫:一只电脑鼠是具有机电知识整合的基本架构,本身就像是一个智能的机器人。要在指定的迷宫中比赛,就像是一个人置身于竞赛中,必须要靠本身的判断力、敏捷动作及正确探查周边环境,来赢得胜利。一般来说,一只电脑鼠需具备有下列三件基本能力:(1) 拥有稳定且快速的行走能力;(2) 能正确判断能力;(3) 记忆路径的能力。

行走能力指的就是电机,当电机收到讯号时,系统必须判断是否能同步行走,遇到转角时,转弯的角度是否得当,一个好的电机驱动程序,可以减少行走时所需要做的校正时间。判断能力的关键就在于传感器,它的地位如同人类的双眼,一个好的传感器驱动程序,可避免一些不必要的错误动作,如撞壁、行走路线的偏移等等。而记忆能力就像是大脑,它的功能并没有因为看不见而遭到忽视,相反地,它的地位在整场比赛中是最重要的,他必须把所走过的路都能一一记下来,并将其资料送给系统,让系统整理出最佳路径以避开不必要的路段。

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电脑鼠是一个多学科的综合体,与多个学科关系精密:

(1) 机械工程:首先电脑鼠必须是个实实在在的机器人,而对于在迷宫中高速穿梭的电脑鼠,“身材”的好坏极其重要。大多数使用步进电机的电脑鼠可以直接将车轮安装在电机轴上,而使用直流电机驱动的电脑鼠往往许多添加减速和传动装置,如何既使轮子安装稳定不颤动,保证高传动效率,又使车体轻巧美观是机械设计时需要解决的问题。

(2) 电子工程:电脑鼠是一个嵌入式系统,需要广泛的涉及信号处理、通信、微处理器应用和电机控制等。

(3) 自动控制:控制电脑鼠在迷宫中快速而准确的行走属于自动控制技术范畴。测距传感器获取距离信息并将其反馈给微处理器,微处理器对距离值分析处理获得墙壁信息并根据墙壁信息控制电机动作以带动轮子产生相应的动作,这整个构成一个自动控制系统。

(4) 人工智能:电脑鼠走迷宫竞赛的整个过程可大体分为两个部分:一、搜索迷宫,从起点出发,找到终点并找出一条最短路径;二、冲刺,从起点开始,在最短时间内到达终点。搜索迷宫过程是电脑鼠学习过程。冲刺过程前需要在所有走过的通路中依据自己的原则选择一条路径作为最短路径,这是一个决策过程。

(5) 程序设计:电脑鼠程序具有嵌入式软件的一般特征并有更高要求。电脑鼠程序必须高效率和高实时性才能保证电脑鼠的控制精和灵敏度。

(6) 传感与测试技术:电脑鼠需要有众多信息的反馈,如墙壁信息等。需要用到许多传感器,如测试墙壁信息红外传感器测量距离,使用旋转编码器测试车轮转速以控制转速和测量路程等。电脑鼠是一个精密控制体,足够的控制精度才能保证在高速行走的时候不撞墙和迷失自我。不但要求能够准确测量,还必须有足够快的响应速度。

电脑鼠具有精确的定位能力,快速的行走能力和优秀的避障能力等特点。对电脑鼠进行升级后可以应用在许多场合。电脑鼠技术可以应用在工业机器人和特种机器人设计中,并可以将电脑鼠技术所涉及的各学科知识分别应用在各相关领域。

电脑鼠结合了多学科知识,对于提升在校学生的动手能力、团队协作能力和创新能力,促进学生课堂知识的消化和扩展学生的知识面都非常有帮助。


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