电脑鼠走迷宫

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。

初始化，接着待机300ms，然后进入while循环检测按键4，如果 按键没有按下，则等待100ms，如果按键4被按下，则再以速度50向前运行4格，但 是遇到岔路就会停止，向右转，继续前进3格，遇岔路停止。
六、迷宫机器人使用说明
1、迷宫的方向值定义
2）相对方向和绝对方向的转换：
图6-1
图6-2
六、迷宫机器人使用说明
2)一侧有墙壁时的姿态纠正策略 当仅一侧存在挡板时，且当电脑鼠处在如图6-3(a)、图6-3(b)所示位置时需要 对电脑鼠姿态进行纠正。它们分别表示电脑鼠的位置偏离了迷宫中心（向左） 和偏离了迷宫中心（向右）。图6-3(a)中，右边的传感器信号弱，但依然能检 测到墙壁。电脑鼠应当向右转以回到理想的方位和姿态。同样，图6-3(b)中左 边的传感器信号弱，但依然能检测到墙壁。电脑鼠应当向左转以回到理想的方 位和姿态。
三、迷宫机器人场地简介
场地整体由木板组装面成，可以通过更改部分隔墙位置来实现场地变更 底板尺寸为1.5*1.5米，由不同长度的隔墙板与底板共同组合而成,每个通 道为168mm，隔墙高50mm，宽12mm 底板为黑色防滑表面，隔墙表面贴白色防火板，顶上贴红色边条
168mm
四、迷宫机器人规则简介
比赛时机器人可以将场地的任一个角作为起点，终点设置在场地正中。 比赛时选手通过程序控制机器人从起点出现，按顺序将场地上的所有通道 全部跑完再回到起点位置，并自动分析刚才所走路线中到达终点的最短路 线，然后沿着最短路线前进到达终区并再次返回起点，以到达目的地所用 的时间最少者为胜
二、迷宫机器人的结构与教学
电脑鼠可看作是一个集多项工程学科知识于一体的小型系统，与多各学科 关系精密 1、机械工程：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，这整个构成一个大自动控制系统。 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

功 公 司开 发 了一 款 Ｉ ＥＥＥ 国 际标 准 电 脑 鼠 走 迷 宫 竞 赛பைடு நூலகம்套 件 。该 套 件 包含 电脑 鼠 Ｍｉｒｍｏ ｓ ６ ５、ＥＥＥ 标 准 迷 宫 及 丰 富 的 配 套 资 ｃｏ ｕ ｅ １ Ｉ
料 。 Ｍｉ ｏ ｕ ｅ１ 采 用铝 制 车 架 ， 量 轻 ， 热性 能好 ； 用双 步进 电机 ， ｃ ｍｏ ｓ６ ５ ｒ 重 散 采 车轮 直接 安 装 在 电 机 轴 上 ， 械 结 构 简 单 ， 装 ５ ４ 机 安 ｓ￣。 － 与 以往 不 同的 是 ， 次 采 用 的 ＭＣ 是 Ｔ 公 司开 发 的基 于 ＡＲ Ｃ ｒ ｘ—Ｍ３内核 的 ３ 这 Ｕ Ｉ Ｍ ｏｔ ｅ ２位 单 片 机 。Ｌ Ｓ １ Ｍ３ ６５具 有 运 算 速 度
结 语
Ｍｉ ｒ 算 法 的 破 解 ， 城 市 公 用 事 业 Ｉ ｆｅ ａ 给 Ｃ卡 系 统 安 全 敲 响 了警 钟 。在 科 技 化 、 息 化 飞 速 发 展 的 当今 时 代 ， 信 只 有不断创新 、 断提高城市 公用 事业 Ｉ 不 Ｃ卡 系 统 的 安 全 系 数 及 技 术 水 平 ， 能有 更 高 、 远 的 发 展 ， 才 能 为 国 家 的 才 更 也 信 息 发 展 作 出 贡献 。非 接 触 Ｃ Ｕ 卡 智 能 卡 技 术 正 成 为 一 Ｐ 种 技 术 上 更 新 换 代 的 选 择 ， Ｃ Ｕ 卡 替 换 逻 辑 加 密 卡 的 用 Ｐ
Ｋｅ ｒ ｓ ｌｇ ｃ ｅ ｃ ｙ ｔ ｄ ｃ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ｉ ｎ ｒ ｐ ｅ ａ ｄ；ＣＰＵ ａ ｄ ； ｉａ ｅ ｒ ａ ｛ ｗｒｔ ａ ｅ ｓ ａ ｉ ｎ； ｃ ｒ Ｍ ｆｒ ；ｅ ｄ ｉｅ ｂ ｓ ｔ ｔ ｏ ＣＯＳ； Ｍ １ ０ Ｆ ２８
２０ ０ ９年全 国“ 电脑 鼠走迷 宫＂ 赛圆 满 闭幕 大

一种电脑鼠走迷宫算法作者：周杰来源：《电脑知识与技术》2018年第03期摘要：该文通过对电脑鼠走迷宫算法的研究，提出了一种电脑鼠走迷宫算法，该算法引用了斜线K和Z用以更新期望坐标，并将迷宫分割为多个部分，以斜线K上的点为起点坐标，下一条斜线K上的点为期望终点坐标，找到起点坐标和终点坐标的最优解，以局部最优，引出全局最优找到最佳路径，并与传统走迷宫算法进行比较，提高了迷宫搜索效率。

关键词：迷宫；斜线；局部最优；最佳路径中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）03-0053-031 概述电脑鼠是一种机电一体化装置，是由单片机、传感器、机电运动部件组成的一种能在迷宫行走的小型机器人可以通过预先设定的算法，探索迷宫，可以找到一条从预设的起点到终点的最佳路径，运行环境是由一个16X16正方形单元格所组成的迷宫，其中单元格的大小为18cmX18cm，文献[1][2]给出了电脑鼠走迷宫的相关规则，每一个单元格有相应的挡板组成，电脑鼠的目的是在最短的时间内找到出口，在整个电脑鼠中最重要的是硬件的可靠性和算法的优劣，在当今单片机迅速发展的时代，硬件稳定性上已经趋于稳定，本文主要研究和设计搜索迷宫算法，并提出了一种电脑鼠搜索迷宫的算法。

2 迷宫环境建模电脑鼠不具有思维能力，它只能按照我们设定的算法运行，因此需要模拟现场运行环境[6][7].构建一个16X16的迷宫，迷宫的水平方向为Y轴，垂直方向为X轴，第一个坐标为（1，1），那么依次下去最上角的坐标为（16，16）。

迷宫构建图，如图1 所示，迷宫内的挡板信息未知。

假设起点为（1，1）终点为（16，16），现在规定，X方向为地理北，Y方向为地理南，如图2所示。

对于当前坐标，和下一步目标，两个坐标的差值比如（X1，Y1）-（X2，Y2）。

（1，0）表示电脑鼠向北前进一步。

其中差值（0，1）表示向东前进一步，（-1，0）表示向南前进一步，（0，-1）表示向西前进一步。