电脑鼠走迷宫介绍

电脑鼠走迷宫路径规划及控制方法的研究2011年 6 月2 日摘要电脑鼠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微型机器人，可以在迷宫中自动记忆和选择路径，快速地达到所设定的目的地。

电脑鼠走迷宫竞赛是一项具有一定难度、富有挑战性和趣味性的比赛。

本论文首先介绍了电脑鼠的起源与发展，分析了电脑鼠的硬件组成和工作原理，在此基础上重点讨论了电脑鼠软件的设计与实现，具体包括：等高图制作、电脑鼠冲刺、电脑鼠转弯、电脑鼠搜索、相对方向与绝对方向转变、墙壁资料存储和电脑鼠搜索策略。

通过对电脑鼠自动穿越迷宫过程，综合嵌入式专业的电路设计，传感器控制，单片机程序开发和算法研究等多学科知识的研究，使我熟悉掌握嵌入式应用开发的全过程。

最后对电脑鼠研究过程中遇到的问题进行了讨论与总结。

关键词：电脑鼠；迷宫的算法；路径规划；电机；红外感应器ABSTRACTThe micromouse is a typical micro robot, which inclueds embedded microcontroller, sensors and mechanical motion. The micromouse can choose a best and fast way to the destination in the maze, with automatic memory. The contest of micromouse go through a maze is a difficult but challenging and interesting game. This Research-based Curriculum focuses on the hardware design of micromouse and the maze algorithm. The research includes the knowledge of circuit design, the embedded microcontroller program and algorithms such.This paper firstly introduces the origin and development of micromouse. Then it analyzses the micromouse's hardware composition and working principles. After that we discuss the design and implementation of the software. It includes the maze map, absolute orientation, search strategy and optimal path method of the research. At last, the problems during the studying process are discussed and summarized.Keywords: Micromouse,；Flood Algorithm；Path Planning；Motor；Infrared目录第一章绪论 (1)1.1电脑鼠介绍 (1)1.2电脑鼠的国内外现状 (2)1.3电脑鼠比赛简述 (3)第二章迷宫的算法 (4)2.1迷宫坐标和方向 (4)2.2迷宫搜寻法则 (5)2.2.1基础的搜寻法则 (6)2.2.2中心搜寻法则 (7)2.3洪水算法简介 (8)2.4最优路径算法 (8)2.4.1等高图的制作原理 (9)2.4.2转弯加权的等高图 (10)2.5模拟最佳路径 (10)第三章运动控制 (12)3.1电脑鼠原理 (12)3.2底层驱动程序及顶层算法程序 (13)3.2.1两相四线制步进电机驱动时序 (13)3.2.2步进电机的加减速控制 (14)3.3电脑鼠转弯 (15)3.4电脑鼠运动状态的控制 (18)3.4.1电脑鼠姿势修正 (18)第四章软硬件原理 (21)4.1电脑鼠的硬件构造和特点 (21)4.2原理说明 (23)4.2.1电机驱动电路 (23)4.2.2红外线接收传感器 (24)4.2.3按键电路 (26)4.2.4处理器 (27)4.2.5机械结构 (29)4.3软件设计 (30)4.3.1软件开发环境 (30)4.3.2电脑鼠的主要程序 (33)第五章总结与展望 (34)参考文献 (36)附件 (38)附件1程序 (38)附件2英文文献 (43)附件3中文翻译 (54)谢辞 .............................................................................................. 错误!未定义书签。

北京科技大学实验报告学院：自动化学院专业：智能科学学技术班级：姓名：学号：实验日期：2017年11月6日实验名称：人工智能电脑鼠搜迷宫实验实验目的：掌握电脑鼠的基本操作及智能搜索算法操作。

实验仪器：KEIL MDK、电脑鼠、J-Link、VS实验原理：所谓“电脑鼠”，英文名叫做Micromouse，是一种具有人工智能的轮式机器人，是由嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置的俗称。

当电脑鼠放入起点，按下启动键之后，他就必须自行决定搜索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，搜索终点等功能。

电脑鼠更结合了机械、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。

本实验中，通过红外传感器检测电脑鼠所处位置状态，通过智能算法保存地图并实现地图的搜索，通过pid等控制算法控制电机，达到电脑鼠搜索迷宫并计算最短路径等功能。

实验内容与步骤：实验内容1）KEIL MDK的安装2）电脑鼠硬件的检查及调整3）智能搜索算法的编写4）算法的调试与优化5）实验结果实验步骤（一）KEIL MDK的安装1双击运行Ke i l MDK 4.12 安装程序，出现软件安装界面，如图所示：2点击Next，勾选安装协议；3选择安装路径，建议安装在C 盘，运行速度快些4 填入用户信息，个人用户随意填入即可；点击Next 就进入实质的安装过程了，Wait for a Whle…5点击Finish，Keil MDK 就完成安装了，可以发现桌面上生成了名为“Keil uVis ion4”的可执行文件快捷方式。

（二）检查和调整电脑鼠的硬件1.电机检查：在电脑鼠程序文件中找到Motor.c文件，直接为两侧电机赋相同的速度值，用G-link连接电脑鼠和电脑，传入程序，打开电脑鼠放在地面上，如果电脑鼠能正常直线行进，即证明两侧电机正常工作。

如果有电机有问题，拆下原来的电机换新的再次进行电机检查即可。

2.传感器检查：用G-link连接电脑鼠和电脑，打开传感器查询模式，用手逐渐靠近每一个传感器，如果相应的传感器值由小变大，那么此传感器工作正常。

项目编号：31SZDYKC-090601 全国大学生电子设计竞赛项目名称：电脑鼠走迷宫学生班级：1104班学生姓名：王忆文所在系（部）：通信工程系指导教师：摘要“电脑鼠”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微型机器人，可以在“迷宫”中自动记忆和选择路径，快速地达到所设定的目的地。

电脑鼠走迷宫竞赛是一项具有一定难度、富有挑战性和趣味性的比赛。

能力。

通过系统分析、硬件设计、软件设计、整合电路设计、汇编语言、C语言专业知识解决问题的综合应用能力,激发我们对电脑鼠的研究兴趣。

创新点是提出了对电脑鼠电源电路、传感器电路的改进方案。

给出了电机控制算法、用于纠正姿态的算法、传感器驱动算法、连续转弯算法、迷宫信息采集算法以及迷宫搜索与迷宫最短路径算法等算法模块。

关键词：嵌入式系统，电脑鼠，智能算法ABSTRACT"Computer mouse" is the use of embedded microcontrollers, sensors and electromechanical moving parts consisting of a micro-robot maze memory and automatically select the path to reach the set destination. Computer Mouse Maze Competition is a certain degree of difficulty, challenging and fun game.completion of the research program circuit board testing, knowledge and technical skills in the school curriculum learning algorithm, data query and retrieval, project management, integration cultivate awareness of scientific and technological innovation and hands-on design capabilities. System analysis, hardware design, software design, integrated circuit design, assembly language, C language application of knowledge in the development of SCM culture integrated application skills, stimulate our interest in the study of computer mouse use our expertise to solve the problem.The innovation of the computer mouse power circuit, sensor circuit improvement program. Motor control algorithm, the algorithm used to correct posture, the sensor-driven algorithm, continuous turning algorithm, the maze information collection algorithms, and maze search maze shortest path algorithm, algorithm module.Keywords：Embedded System，Micromouse，Intellegent Algorithm目录摘要 (2)第一章前言 (2)1.1项目背景 (2)1.2项目介绍第三章电脑鼠硬件与软件 (2)第二章电脑鼠硬件及软件 (4)2.1电脑鼠的硬件 (4)2.1.1 电脑鼠硬件组成 (4)2.1.2电脑鼠基本动作 (6)2.2电脑鼠软件 (7)2.2.1等高图制作模块 (9)2.2.2冲刺模块 (10)2.2.3转弯模块 (10)2.2.4搜索模块 (11)2.2.5迷宫地图相对方向与绝对方向的建立 (11)2.2.6墙壁资料存储 (13)2.2.7电脑鼠搜索策略第四章问题总结及改进 (14)第三章问题总结及改进 (15)总结 (19)参考文献 (20)第一章前言所谓“电脑鼠”，英文名叫做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的俗称。

一种电脑鼠走迷宫的算法电脑鼠走迷宫的算法1探测策略电脑鼠走迷宫可以采用全迷宫探索策略，即将迷宫的所有单元均搜索一次，从中找出最佳的行走路径。

这种策略需要有足够的时间或探测次数，但在IEEE竞赛规则中每场竞赛只有15分钟的时间，因此是不可能的。

另一种方法是部分迷宫探索策略，即在有限的时间或探测次数下，只探测迷宫的一部分，从中找出次最佳的路径，显然只能采用这种策略。

电脑鼠在一巷道内行走，如果最后无路可走，则该巷为死巷。

电脑鼠在任一单元内，可能的行走方向最多只有三个（前、左、右），如果有二个或二个以上的可能行走方向，称为交叉，遇有交叉时，由于有多个可以行走的方向，在行走方向的选择上，可有下面的几种选择法则：•右手法则：遇有交叉时，以右边为优先的前进方向，然后是直线方向、左边方向。

•左手法则：遇有交叉时，以左边为优先的前进方向，然后是直线方向、右边方向。

•中左法则：遇有交叉时，以直线为优先的前进方向，然后是左边方向、右边方向。

与此类似的还有中右法则。

•乱数法则：遇有交叉时，取随机值作为前进方向。

•向心法则：由于终点在迷宫的中心，遇有交叉时，以向迷宫中心的方向为优先的前进方向。

2标记为了记忆迷宫的详细信息，需要对迷宫单元的位置进行线路标记。

全迷宫共有16×16个单元组成，可采用二维坐标方式标记，即用每个单元的XY坐标表示，如起点可标记为（0，0），终点为（7，7）。

此外，还需要对迷宫单元的可行进方向进行标记，可采用绝对方位或相对方位二种方式。

绝对方位：这是一种与电脑鼠行进方向无关的标记方式，以一个四位的二进制数，分别表示“东”﹑“西”﹑“南”和“北”四个方向。

以1表示允许行进（无墙壁），0表示不允许行进（有墙壁）。

相对方位：这是一种与电脑鼠行进方向有关的标记方式，以一个三位的二进制数即可实现标记，分别表示“前”“左”“右”，以1表示允许（无墙壁），0表示不允许（有墙壁）。

3阻断在电脑鼠试跑过程中或在最后冲刺时，需要对部分路径进行“阻断”，即在发现某条路径是死路（只有入口而无出口）时，在该路径的入口处（一般是交叉点）设置标记，即将入口的线路标记由1改为0。

一、实验背景迷宫实验是心理学和神经科学领域常用的实验方法，用于研究动物的学习和记忆能力。

近年来，随着计算机技术的不断发展，迷宫实验也逐步实现了电脑化。

本实验旨在利用迷宫电脑小鼠实验系统，研究小鼠在迷宫中的行为特征，以及其学习记忆能力。

二、实验目的1. 了解迷宫电脑小鼠实验系统的操作方法和原理。

2. 观察并记录小鼠在迷宫中的行为表现。

3. 分析小鼠的学习记忆能力，探讨影响因素。

三、实验材料1. 迷宫电脑小鼠实验系统：包括迷宫、电脑控制台、摄像头等。

2. 实验小鼠：体重20-25克，性别不限。

四、实验方法1. 迷宫电脑小鼠实验系统操作：将迷宫电脑小鼠实验系统连接到电脑，启动软件，设置实验参数，如迷宫形状、实验次数、时间限制等。

2. 实验步骤：（1）将实验小鼠放入迷宫入口，记录其进入迷宫的时间。

（2）观察并记录小鼠在迷宫中的行为表现，如逃避、探索、犹豫等。

（3）记录小鼠到达迷宫出口的时间，并计算其速度。

（4）重复实验多次，观察小鼠的学习记忆能力。

五、实验结果与分析1. 实验结果（1）实验小鼠在迷宫中的行为表现：在实验初期，小鼠表现出逃避、犹豫等行为，随着实验次数的增加，小鼠逐渐适应迷宫环境，表现出更快的速度和更准确的方向判断。

（2）实验小鼠的学习记忆能力：经过多次实验，小鼠的学习记忆能力得到显著提高。

在后期实验中，小鼠能够快速找到迷宫出口，且速度逐渐提高。

2. 分析（1）迷宫电脑小鼠实验系统能够有效地模拟真实迷宫环境，为研究小鼠的学习记忆能力提供可靠平台。

（2）实验结果表明，小鼠在迷宫中的行为表现与其学习记忆能力密切相关。

逃避、犹豫等行为可能表明小鼠在适应迷宫环境过程中存在困难，而随着实验次数的增加，小鼠逐渐适应迷宫，表现出更好的学习记忆能力。

（3）实验结果还表明，迷宫电脑小鼠实验系统具有良好的重复性和可靠性，可用于研究小鼠的学习记忆能力。

六、结论本实验通过迷宫电脑小鼠实验系统，研究了小鼠在迷宫中的行为表现和学习记忆能力。

走迷宫，你能快过迷宫鼠吗？作者：华杉来源：《百科新说》2020年第03期原来，这种机械老鼠名叫“电脑鼠”，是一种智能行走装置。

电脑鼠走迷宫比赛始于20世纪70年代末，在世界各地都会举行，但最有名的当属全日本电脑鼠公开赛。

这些灵活的“老鼠”是完全自主行动的机器人，设计者不能使用遥控设备控制它们，电脑鼠必须在没有外界帮助的情况下，从预定的起始位置出发，通过不断尝试，找到通往迷宫终点的路线，到达终点用时最短的电脑鼠获胜。

电脑鼠由参赛者设计，但在正式比赛之前，迷宫的内部构造处于保密状态，参赛者无法提前帮助电脑鼠模拟走迷宫的正确路线;而电脑鼠不像赛场观众那样可以看到迷宫全局，因此，它们在走迷宫之前，完全不知道迷宫的布局，就像我们在现实中走大型迷宫一样。

如果它们在前进时碰壁了，就需要记录下该点的位置信息，然后调整到另一个方向，继续前进，同时绘制迷宫路线图。

电脑鼠就这样在多次试错后，找到从起点到终点的最佳路线。

有了路线，电脑鼠就能直达迷宫终点。

电脑鼠其实就是一种智能机器人，它们能参加比赛，必须具备三个部分：第一是驱动电机，它能提供稳定而快速的行走能力，不然电脑鼠在遇到转角时，会因为转弯角度过大或太小而拖延行走时间;第二是传感器，它就像人的眼睛，能让电脑鼠感知墙壁和路线的具体方位;第三是最重要的记忆和分析系统，像大脑一样，这个系统必须将所有走过的路一一记下，并整理出一条最佳路线，以避开不必要的路段。

电脑鼠大赛比拼的不仅是动力装置的灵活性，更是程序的优劣，考验设计者能否写出使电脑鼠达到最优计算能力的程序。

每年的全日本电脑鼠公开赛上都有上百支来自世界各国的队伍前来参赛。

参赛者主要是中学生、大学生和职业选手，其中职业选手的实力最强。

目前该比赛的世界纪录保持者是新加坡的大学老师黄明吉，他设计的电脑鼠以3.921秒的成绩夺得2011年全日本电脑鼠公开赛的冠军，至今无人能敌。

3.921秒有多快？你还没看清楚怎么回事，它就“唰”地一下到达终点了。

電腦鼠走迷宮比賽規則一、電腦鼠的規定1.電腦鼠必須以紅外線光感測器偵測迷宮路徑行走；不得以機械式的感測裝置(包含導輪)碰觸迷宮路徑的牆板行走。

2.電腦鼠必須為自立型，不得以無線電波遙控。

3.電腦鼠不得躍過、攀登、損傷或破壞迷宮壁面。

二、迷宮的規定1.電腦鼠迷宮，如[圖一]所示，單位方塊壁面的側面為白色，頂部為紅色，平面為黑色。

2.電腦鼠迷宮以一定大小的正方形單位方塊構成，整個迷宮的外圍也是正方形。

所有的迷宮方塊至少有一個方向被壁面擋住。

某些迷宮的路徑寬度為兩個迷宮方塊的寬度，如黃色部分所示。

3.電腦鼠迷宮的單位方塊為18cmX18cm，整個迷宮由16X16個迷宮方塊組成，面積為288cmX288cm。

電腦鼠迷宮的外圍全部相連接起來，壁面的高度為5cm，厚度為1.2cm。

4.迷宮是以一般的精度製作，有可能產生某種程度上的尺寸誤差(約1mm)。

三、比賽規則1.參加隊伍於比賽前由各隊選手(或選手代表)抽籤決定出賽次序。

每隊限一個操控手下場比賽。

2.比賽開始前，所有參賽的電腦鼠均須以大會提供的塑膠袋封起來，貼上裁判簽名的封條。

輪到下場比賽的隊伍，操控手須在裁判示意下打開塑膠袋，操控電腦鼠下場比賽。

當裁判發出哨聲後，操控手即可啟動電腦鼠。

3.電腦鼠由迷宮的一角出發，以達到終點(在迷宮的中心)時間短者為第一名，餘依次類推。

4.電腦鼠最多可擁有6分鐘，比賽期間最多可行進6次，以這段時間內最快到達迷宮終點的時間為比賽成績。

如在比賽時間內無法達到終點者，以比賽時間到時，電腦鼠距離終點的距離為比賽成績，此項距離越短者成績越高。

5.電腦鼠在比賽中碰觸迷宮牆壁達到3次或一次碰觸超過3秒卡住者即須退場，其成績依未到達終點者之方法計算，以退場時之位置為行走距離的量測點。

6.操控手不得在迷宮路徑公開之後，把迷宮的路徑資料輸入電腦鼠，即比賽中不得從事程式的置入(loading)及ROM的更換。

7.比賽場所的照明、溫度、濕度…等，均為普通的環境程度，操控手不得要求調節照明程度。