基本信息
- 项目名称：
- 具有双向行驶特征的“IEEE竞赛迷宫”智能电脑鼠
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 电脑鼠是通过嵌入式微控制器、红外线传感器、陀螺仪和机电运动部件构成的一种智能行走装置，它可以在“迷宫”中通过各种传感器来识别迷宫,通过控制电机的状态在未知迷宫中探索前进且不与障碍物发生碰撞,使用各种内置的搜索记忆算法,在迷宫中自动行走的同时记录迷宫信息,以最快的速度探索出最短路径达到迷宫终点。本自制电脑鼠头尾可以互换，遇到死路之后可以直接切换头尾而无需后转，可以大幅度提高电脑鼠运行速度。
- 详细介绍：
- 电脑鼠是通过嵌入式微控制器、红外线传感器、陀螺仪和机电运动部件构成的一种智能行走装置，它可以在“迷宫”中通过各种传感器来识别迷宫,通过控制电机的状态在未知迷宫中探索前进且不与障碍物发生碰撞,使用各种内置的搜索记忆算法,在迷宫中自动行走的同时记录迷宫信息,以最快的速度探索出最短路径达到迷宫终点。 国际电工和电子工程学会（IEEE）每年都要举办一次国际性的电脑鼠走迷宫竞赛，自举办以来各国选手踊跃参加，为此国际上许多大学专门开设“电脑鼠原理和制作”等专修课程。2007年和2008年，上海市计算机学会率先在国内主办了两次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 全国“IEEE标准电脑鼠走迷宫”邀请赛，全国9个赛区的共52所高校参赛。2010年，更是达到全国14个赛区的170所高校的360多支代表队参加。 具有双向行驶特征的电脑鼠是城市学院电脑鼠团队基于历代电脑鼠基础上设计研制的，其最大的特点就是具有双向行驶特征，该电脑鼠可以进行头尾互换，大大节省行走迷宫的时间。 自制电脑鼠在国内比较少见，设计开发该电脑鼠设计计算机和工控的多个领域知识，对学生的开发要求比较高，因此，电脑鼠潜在的教学价值是巨大的。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 国际电工和电子工程学会（IEEE）每年都要举办一次国际性的电脑鼠走迷宫竞赛，自举办以来各国选手踊跃参加，为此国际上许多大学专门开设“电脑鼠原理和制作”等专修课程。电脑鼠走迷宫竞赛在国内首次举办时多数高校采用的是国内厂家提供的电脑鼠套件，随着比赛的不断开展以及来自高校的需求，一些高校开始自行研制参赛电脑鼠。城市学院自2007年首次组队参赛以来，一直自行研制电脑鼠，经过不断的更新升级，到目前已有过5个版本。在历届比赛中，也取得的较好的成绩。 一只优秀的电脑鼠必须具备良好的感知能力、良好的行走能力、优秀的智能算法和强健体魄，争取以最短的时间解开迷宫，返回起点进行冲刺以赢得比赛。良好的行走能力主要取决于电脑鼠的速度和稳定性。 “双头”电脑鼠对行走稳定性的提高有非常重要的意义。电脑鼠出现不稳往往是因为转弯时角度未调整正确，而在进行180度转弯时，由于转弯角度较大，车身产生的角度偏差也因此加大，180度转弯后未及时调整极容易出现撞到迷宫墙壁，导致求解迷宫过程的失败。“双头”电脑鼠无需180度转弯，可以大大提高行驶的稳定性。 “IEEE标准电脑鼠走迷宫”竞赛日趋激烈，具有双向行驶特征的“IEEE标准电脑鼠走迷宫”智能电脑鼠的研制成功，比原有电脑鼠更快更稳，为参加本届“IEEE标准电脑鼠走迷宫”竞赛获得优异成绩提供充分的技术保障
科学性、先进性
- 先进性技术关键 1) 双头行驶逻辑控制 电脑鼠在行走到死路时无需硬件姿态上的后转就能继续前进。 2）算法设计 针对目前国内国际比赛迷宫日趋复杂的情况，我们采用的是根据电脑鼠行走特征特别优化过的Flood洪水演算法，确保电脑鼠在复杂的各种迷宫中能够搜索尽量少的路径就能找到相对较短的路径。相比左手法则,中心法则等这些传统算法,搜索的路径和重复性将大大减少。 3) 步进电机高精度控制技术 4）转弯技术 电脑鼠在行走迷宫时的转弯控制是电脑鼠能够稳定且快速到达终点的关键。本作品采用的是顺滑90度连续转弯而不是传统的停转,在速度方面有很大的优势。 5）红外测距技术改进 实现红外电压值与距离值的转化关系 创新点： 该电脑鼠与传统参赛的电脑鼠相比，最大的创新点在于无需进行180掉头转弯，可灵活的前后双向行驶，从而具有两大优势： 一、可以实现灵活的前后双向行驶，节约宝贵的迷宫时间； 二、减少180度转弯，从而大大提高电脑鼠的稳定性，为顺利到达迷宫终点提供更高的可靠性。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年10月，由中国计算机学会嵌入式系统专业委员会和长三角嵌入式系统与软件联盟共同主办,上海第二工业大学举办的全国IEEE电脑老鼠走迷宫竞赛长三角赛区分别获得: 第一名,第二名 2010年11月，由中国计算机学会嵌入式系统专业委员会在北京举办的全国IEEE电脑老鼠走迷宫竞赛全国总决赛中获得一个一等奖,一个二等奖。
作品所处阶段
- 竞赛实用阶段
技术转让方式
- 可向其它参加竞赛或进行嵌入式实践训练院校提供套件或成品，供学生调试后参赛或进行课程实践用
作品可展示的形式
- 实物、图片、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 具有双向行驶特征的“IEEE标准电脑鼠走迷宫”智能电脑鼠的研制成功，产品本身主要用于参加“IEEE标准电脑鼠走迷宫”的国内及国际赛事。 电脑鼠走迷宫竞赛要求参赛者自己设计和制作电脑鼠，迷宫的路径也是在竞赛开始前几分钟随机设置的，所以竞赛获胜的难度较大。竞赛除了考验参赛者在人工智能编程方面的能力以外，还要考验参赛者对嵌入式系统应用、传感器应用、控制技术应用与人工智能技术等多方面的经验和实践能力。因此这类竞赛对培养和提高学生的创新精神和实践能力有很大的益处。 电脑鼠是一种小型的智能机器人，以此为切入点，可以让嵌入式实验室的师生一起展开机器人领域的研究。对电脑鼠本身功能的扩展，可以进一步将涉及应用于如儿童玩具、智能家电等场合。现在市场上已有清洁机器人，如果用该设计来改进技术，能避开障碍物且不重复，控制扫地、拖地。而且还可以发展为车辆的无人驾驶技术。
同类课题研究水平概述
- 国际电工和电子工程学会（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。 1972年美国机械杂志发起比赛，最初的电脑鼠是机械的，由弹簧驱动。1977年IEEE Spectrum杂志提出电脑鼠的概念：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的功能。真正的首场电脑鼠迷宫竞赛于1979年在纽约举行。自1991 年以来，世界级的比赛数目显著增加。原来一年举行5～6 场比赛，现在增加到100 场以上。 2007年和2008年，由上海市计算机学会主办了两次“长三角地区IEEE标准电脑鼠走迷宫邀请赛”，有三十多所院校参加，反响强烈。2009年由中国计算机学会嵌入式系统专业委员会主办了“2009全国‘电脑鼠走迷宫’竞赛”，共有全国9个赛区54所高校的140支参赛队报名参赛，此次比赛拉开了中国电脑鼠竞赛的大幕。 电脑鼠比赛在国内外大多由高校师生参与为主，国内外很多高校也成立专门的实验室进行电脑鼠技术的研究。 电脑鼠在国内兴起的时间仅仅只有三四年,国内的水平目前尚处于刚刚起步的阶段,大部分学校参加电脑鼠的比赛选择的都是使用周立功公司提供的成品电脑鼠MicroMouse615系列,如2010年的全国IEEE电脑鼠走迷宫竞赛中参赛的一百七十多个高校中仅仅只有十多个学校采用的是完全自主开发研制的电脑鼠。周立功公司生产的MicoMouse615系列电脑鼠采用的是步进电机单向行驶方法,利用红外线进行迷宫探测,算法方面仅仅只有基础的中左法则、中右法则等效率不高的算法。 日本、新加坡、英国是在电脑鼠领域研究较深入的几个国家，电脑鼠竞赛有相对较长的发展史。竞赛用电脑鼠大多采用的是高速直流电机，在直线行走方面有非常大的速度优势。利用的是陀螺仪和红外线传感器两种方式相结合进行姿态上的调整。算法方面大多是采用经过修改的Flood算法。 综上，目前国际国内竞赛用电脑鼠主要有直流电机和步进电机两种，在180度转弯技术方面普遍采用的是直接掉头行驶，尚未检索到有双头行驶特征的电脑鼠用于正式比赛中。
