电脑鼠算法
电脑鼠走迷宫路径规划及控制方法的研究
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。
死路排除算法_渗透法_待翻译_华已改
电脑鼠走迷宫大赛探索过程算法优化研究——死路排除算法——死区域算法0摘要电脑鼠走迷宫大赛是由国际电工和电子工程学会（IEEE）举办的人工智能领域的一项国际性赛事，集机械、电子、控制、光学、程序设计和人工智能等多方面科技知识于一体[1]，具有很高的知名度。
迷宫算法的优劣直接影响比赛的最终成绩。
本文从经典迷宫算法入手，先后提出了能排除单行当列死路的“死路排除算法”和能够排除任意形状死区域的“渗透法”，然后通过测试验证两种改进算法的优越性。
改进算法的核心思想是通过已经获得的迷宫信息排除不包含最短路径信息的死区域。
同时，文中创造性的将“渗透思想”用于迷宫算法当中，很好的实现了死区域的判定与排除。
与经典算法相比，改进算法在时间、空间方面都有良好的优化效果。
1背景简介电脑鼠走迷宫大赛是国际电工和电子工程学会（IEEE）每年都会举办的一项国际性赛事，于1972年由美国机械杂志发起。
比赛中的电脑鼠是一个小型的由微处理器控制的机器人车辆，在复杂迷宫中具有译码和导航功能。
该比赛自推出以来，受到了世界各国师生的青睐。
2007年和2008年，上海市计算机学会率先在中国主办了两次IEEE标准电脑鼠走迷宫邀请赛（长三角地区），有三十多所院校参加，反响强烈。
2009年比赛范围扩展到全国，共有9个赛区的52所高校参赛[2]。
1.1电脑鼠走迷宫大赛规则[3]电脑鼠的基本功能是从起点开始走到终点，这个过程称为一次“运行”，所花费的时间称为“运行时间”；电脑鼠从第一次激活到每次运行开始所花费的时间称为“迷宫时间”；电脑鼠在比赛时手动辅助的动作称为“碰触”。
竞赛使用这3个参数，从速度、求解迷宫的效率和电脑鼠的可靠性三个方面来进行评判。
电脑鼠的得分是通过计算每次运行的“排障时间”来衡量的，即将迷宫时间的1/30加一次运行时间；如果未被碰触过，则再减去10s（奖励时间），这样得到的就是排障时间。
电脑鼠在迷宫中停留或运行的总时间不可超过15min，在限时内允许运行多次。
迷宫机器人简介
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
电脑鼠软件系统关键技术研究(1)
Microcontrollers &Embe dded Systems 2011年第5期ww w .mesne 电脑鼠软件系统关键技术研究**基金项目:淮阴工学院青年教师科研基金(项目编号:2917372)。
李亚洲,严石(淮阴工学院电子与电气工程学院,淮阴223003)引 言电脑鼠(micro mouse)是一个由微处理器控制的集感知、判断、行走功能于一体,能够自动寻找最佳路径到达目的地的微型机器人。
电脑鼠走迷宫竞赛就是让电脑鼠在迷宫中从起点以最短的时间走到终点的过程[1]。
电脑鼠是集软件和硬件为一体的系统。
电脑鼠的软件系统是电脑鼠的大脑,需要具备获得迷宫信息、遍历迷宫、计算最优路径等功能。
同时,在没有硬件支持的情况下,电脑鼠软件系统应能够模拟迷宫,以验证算法的正确性。
1 总体设计根据电脑鼠比赛的要求,电脑鼠要遍历迷宫,以获得迷宫信息;电脑鼠要根据迷宫信息,获得最优路径;电脑鼠要根据最优路径,实现最终冲刺。
电脑鼠软件系统的设计包括迷宫表示、迷宫遍历、最优路径查找等模块。
2 电脑鼠软件系统关键技术2.1 迷宫表示电脑鼠迷宫由16 16个正方形单元格组成,单元格大小为18cm 18c m 。
俯视迷宫,每个单元只有4条边,每条边只能有两种状态 墙壁或通路。
针对这种情况,可以使用四维数组或者结构体表示单元格的4条边,用2个数字表示迷宫单元每条边的2种情况。
对于迷宫,可以使用坐标表示每个单元的位置。
假设电脑鼠置于起点,电脑鼠正对通路,电脑鼠正前方为正Y 方向,电脑鼠右方为正X 方向。
这样,对于迷宫中的每个单元格都对应一个确定的坐标。
设计时,可采用坐标值作为二维数组的索引。
2.2 迷宫遍历电脑鼠要尽可能遍历迷宫中每一个单元格,为寻找最优路径提供足够的信息。
对于电脑鼠探测墙壁,通过传感器得到的是前方、右方以及左方等相对方向上的信息,为了记录迷宫中每个单元格的信息,需要把相对方向转换为绝对方向。
相对方向,是指相对于电脑鼠正对的方向。
关于电脑鼠的论文(有框图)
电脑鼠学习心得和遇到的问题及解决方法彭旺 16012126学习心得：在大一的时候就经常看见学长们整天在宿舍弄一个小车，后来才知道那就是视觉知道机器人。
于是到了大二选择选修课的时候就果断选了这个课。
本来我选的是机器人那个，上了才知道又要做实验还要参加比赛还要交押金甚是麻烦，顿时欲哭无泪，硬着头皮去上，因为分组问题被弄到了电脑鼠这边来，觉得比机器人那边要好玩得多。
第一次去上课就要交押金，并且那个电脑鼠还好贵的，整整两千多啊。
那是最开始就给我们讲了电脑鼠处理器运行的相关函数，后面几节课分别讲了电脑鼠在迷宫中搜索以及最后冲刺的相关程序。
好吧，我承认当时确实有点无聊。
直到后来，老师终于给了我们完整的程序，于是兴奋的我们毫不犹豫的把程序“捎”了进去，然后把电脑鼠放到迷宫中，结果发现它除了撞墙就是转圈。
探索调试：我们小组分工合作，一起研发。
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。
或者可以采用部分迷宫探索策略，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。
我们的电脑鼠要实现的功能有如下几个方面：路口检测:由安装在前、右、左的三个红外线发射对管SIR563ST3F 和IRM8601S实现, 发射信号为38KHz, 实现远红外测距功能, 探测前、右、左有无障碍。
行走控制:由左、右两个红外线发射对管SIR563ST3F和IRM8601S为实现, 发射信号为30.5KHz, 实现近红外测距功能, 保持电脑鼠在中轴线上行走, 避免撞墙。
路程控制:安装在左右轮内侧的红外收发对管IR204和PD204一6B, 对黑白码盘计数, 按照迷宫单元的长度为单位进行路程计数, 以记录老鼠在迷宫中的位置同时还可以准确地实现转弯。
微控制器和其它子系统共同构成一个闭环的反馈控制系统, 通过对三种传感器信号的检测行走信号、路口信号和黑白码盘计数信号, 由微控制器进行运算, 运算结果交给电机执行, 由此实现电脑鼠的智能穿越迷宫。
电脑鼠走迷宫技术报告
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。
电脑鼠设计与制作——文档资料
图7传动部件实物图
2．2电子部分
电脑鼠的硬件电路结构图如下。
图8硬件电路结构框图
(１）微控制器
微控制器是电脑鼠的核心,可以选择单片机,若ＲAM需求量大或者算法复杂或者性能要求高时,需要使用ＡRM等高性能的微处理器。
(2）传感器
传感器的作用是用来感知环境，探测电脑鼠的左、前、右是否有路可走。本设计中采用的是红外线方式，发射和接收分别受微控制器控制。由硬件电路部分结构框图可知，在电脑鼠的前、左、右、左前、右前方共有5组，其中左、右、前三组传感器是用于探测电脑鼠在当前迷宫格左、右、前三个方向上是否有支路的,左前、右前两组传感器呈４5度安装,用于电脑鼠行进过程中进行பைடு நூலகம்态矫正,防止电脑鼠走偏而撞到迷宫墙。
例子:一个电脑鼠在迷宫中的搜索时间为4分钟,没有碰触过，运行时间使用了２0秒,这次运行的排障时间就是:
20+(24０×1/30)-10＝１8秒
1.
电脑鼠是指由车身、轮子、和相关软件构成。车体是电脑鼠最基本的架构,它的设计在电脑鼠的整体规划中战友想到重要的地位,应当遵守整体结构坚固耐用、材质轻、重心低的原则。在设计中,既要考虑到符合各零件的规格，又要考虑到配合迷宫的规格。
迷宫电脑鼠的设计—课程设计论文
目录摘要 (2)1、课程设计的H的及要求 (3)2、题目分析 (3)1.1功能分析 (3)1.2性能需求分析 (3)1.3算法分析 (3)3、系统设计 (4)3」系统整体设计 (4)3.2锁件设计 (6)3.2.1硬件结构设计 (6)3. 2.2传感器组设计 (6)3. 2.3电机驱动电路设计 (7)3.3软件设计 (11)3.3.1电脑鼠正常行走程序设讣 (11)3. 3.2电脑鼠记路径程序设计 (13)3. 3.3电脑鼠找终点程序设计 (14)摘要“电脑鼠”是使用嵌入式或单片机微控制器、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”中门动记忆和选择路径，快速地达到所设定的H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。
本研究性课程重点对电脑鼠硬件、迷宫算法进行分析研究。
木研究性课程通过对电脑鼠白动穿越迷宫过程的研究，综合尿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名学科知识,熟悉学握嵌入式应用开发的全过程。
关键词：嵌入式或单片机微控制器，电脑鼠，押能算法1、课程设计的冃的及要求本项目婆实现的是用电脑鼠找出迷宫中通往终点的瑕短路径并以最快速度到达迷宫的终点。
电脑鼠从迷宫起点位置前进，由程用判断通过前视距离探测器探测到的迷宫状况，控制驱动机构前进或转向并记录路径和距离（控制年轮编码器可完成）,由于起点位置和终点位置是已知的，虽然不知道具体路径，但通过编写算法程序即可找到最短路径，在束新开始时便町以最快速度从最短路径到达终点。
设计的电脑鼠应该具有三种玻基木的能力：・拥有稳定、准确、快速的行走能力・能争取判断环境的能力（如有墙、有路）・记忆路径的能力总之，电脑鼠的设计目标是：在最短的时间内找到-条通往总店的最短路径，并以戢快速度从起点到达终点。
如何衡量：迷宫时间（搜索时间〉：电脑鼠激活到每次运行开始的时间；注：搜索结束，从终点返回到起点的时间不算在迷宫时间内；运行时间：电脑鼠从起点走到终点的时间；如果电脑鼠在比赛时需耍手动辅助，这个动作就成为“碰触”。
人工智能电脑鼠搜迷宫实验
北京科技大学实验报告学院：自动化专业：智能科学与技术班级：智能1501姓名：卢静怡学号：41523404 实验日期：2017年11 月8 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：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）实验结果步骤（一）KEIL MDK的安装按照实验指导书上的步骤安装，一步一步安装成功KEIL MDK uVision5 （二）检查和调整电脑鼠的硬件1.电机检查：我们原始的电脑鼠下载好程序之后，开机即可试探性运动。
故判断，电机无故障。
2.传感器检查：我们原始的电脑鼠在初跑时总是会对墙壁不感应，如果用手挡住传感器周围的光线后放开，那么电脑鼠会产生一个相应动作。
分析是原代码中接受传感器信号的参数不合适的原因。
（三）智能搜索算法的编写我们组结合了很多同学的经验，最终找到了影响电脑鼠运动的核心参数。
并且修正了一个反应弧长的设定，使得后来电脑鼠试跑非常成功。
1.查资料——常见的算法形式选择曼哈顿距离作为预测函数h(n)，整体的框架代码如下:2.算法设计在本次实验中，使用的是机械鼠优先向左移动的，即深度优先算法。
IEEE标准电脑鼠走迷宫竞赛套件简介及竞赛规则
“IEEE标准电脑鼠走迷宫”竞赛套件简介及竞赛规则为降低电脑鼠走迷宫竞赛难度，方便在校学生和电脑鼠新手快速入门，广州致远电子有限公司开发了一款IEEE国际标准电脑鼠走迷宫竞赛套件。
该套件包含电脑鼠Micromouse615（电脑鼠）、IEEE标准迷宫及丰富的配套资料。
1．Micromouse615Micromouse615采用铝制车架，重量轻，散热性能好。
采用双步进电机，车轮直接安装在电机轴上，机械结构简单安装方便。
Micromouse615车身长12cm，宽9cm，短小精悍，可灵活的在迷宫格中完成90度和180度转弯，如图0.1所示。
图0.1 Micromouse615Micromouse615微处理器采用LM3S615。
LM3S615是美国Luminay公司开发的32位单片机，基于ARM Cortex-M3内核。
LM3S615具有运算速度快，中断响应快，外设丰富等优点，保证了Micromouse615可以具有很高的智商。
另外Luminay公司提供了丰富的函数库，只要懂C就能开发，大大降低了Micromouse615的使用难度。
Micromouse615使用5组红外传感器用于检测迷宫墙壁信息，分别用于检测左、左前、前、右前和右五个方向的墙壁信息。
左前和右前传感器用于调整电脑鼠姿态，使电脑鼠走时行走在迷宫格中心。
使用5组可调电阻控制红外信号发射强度，调整可见距离。
信号采用载波调制，增强抗干扰性。
Micromouse615采用双步进电机驱动。
使用步进电机不需要减速装置等，可简化机械结构。
步进电机控制简单，运行平稳。
Micromouse615板上一个按键，一个复位按键和一个10针JTAG调试接口，并预留了一个6个JPIO、一个串口和一个SPI接口，方便扩展。
在配套光盘中配有一个能够用于参赛的程序，可稳定而快速的完成竞赛。
Micromouse615具有高度可扩展性，领用预留的接口可根据需要扩展其他部件，进行硬件升级。