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基本信息
- 項目名稱：
- 具有雙向行駛特征的“IEEE競賽迷宮”智能電腦鼠
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 電腦鼠是通過嵌入式微控制器、紅外線傳感器、陀螺儀和機電運動部件構(gòu)成的一種智能行走裝置，它可以在“迷宮”中通過各種傳感器來識別迷宮,通過控制電機的狀態(tài)在未知迷宮中探索前進且不與障礙物發(fā)生碰撞,使用各種內(nèi)置的搜索記憶算法,在迷宮中自動行走的同時記錄迷宮信息,以最快的速度探索出最短路徑達(dá)到迷宮終點。本自制電腦鼠頭尾可以互換，遇到死路之后可以直接切換頭尾而無需后轉(zhuǎn)，可以大幅度提高電腦鼠運行速度。
- 詳細(xì)介紹：
- 電腦鼠是通過嵌入式微控制器、紅外線傳感器、陀螺儀和機電運動部件構(gòu)成的一種智能行走裝置，它可以在“迷宮”中通過各種傳感器來識別迷宮,通過控制電機的狀態(tài)在未知迷宮中探索前進且不與障礙物發(fā)生碰撞,使用各種內(nèi)置的搜索記憶算法,在迷宮中自動行走的同時記錄迷宮信息,以最快的速度探索出最短路徑達(dá)到迷宮終點。 國際電工和電子工程學(xué)會（IEEE）每年都要舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競賽，自舉辦以來各國選手踴躍參加，為此國際上許多大學(xué)專門開設(shè)“電腦鼠原理和制作”等專修課程。2007年和2008年，上海市計算機學(xué)會率先在國內(nèi)主辦了兩次IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮邀請賽（長三角地區(qū)），有三十多所院校參加，反響強烈。2009 全國“IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”邀請賽，全國9個賽區(qū)的共52所高校參賽。2010年，更是達(dá)到全國14個賽區(qū)的170所高校的360多支代表隊參加。 具有雙向行駛特征的電腦鼠是城市學(xué)院電腦鼠團隊基于歷代電腦鼠基礎(chǔ)上設(shè)計研制的，其最大的特點就是具有雙向行駛特征，該電腦鼠可以進行頭尾互換，大大節(jié)省行走迷宮的時間。 自制電腦鼠在國內(nèi)比較少見，設(shè)計開發(fā)該電腦鼠設(shè)計計算機和工控的多個領(lǐng)域知識，對學(xué)生的開發(fā)要求比較高，因此，電腦鼠潛在的教學(xué)價值是巨大的。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 國際電工和電子工程學(xué)會（IEEE）每年都要舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競賽，自舉辦以來各國選手踴躍參加，為此國際上許多大學(xué)專門開設(shè)“電腦鼠原理和制作”等專修課程。電腦鼠走迷宮競賽在國內(nèi)首次舉辦時多數(shù)高校采用的是國內(nèi)廠家提供的電腦鼠套件，隨著比賽的不斷開展以及來自高校的需求，一些高校開始自行研制參賽電腦鼠。城市學(xué)院自2007年首次組隊參賽以來，一直自行研制電腦鼠，經(jīng)過不斷的更新升級，到目前已有過5個版本。在歷屆比賽中，也取得的較好的成績。 一只優(yōu)秀的電腦鼠必須具備良好的感知能力、良好的行走能力、優(yōu)秀的智能算法和強健體魄，爭取以最短的時間解開迷宮，返回起點進行沖刺以贏得比賽。良好的行走能力主要取決于電腦鼠的速度和穩(wěn)定性。 “雙頭”電腦鼠對行走穩(wěn)定性的提高有非常重要的意義。電腦鼠出現(xiàn)不穩(wěn)往往是因為轉(zhuǎn)彎時角度未調(diào)整正確，而在進行180度轉(zhuǎn)彎時，由于轉(zhuǎn)彎角度較大，車身產(chǎn)生的角度偏差也因此加大，180度轉(zhuǎn)彎后未及時調(diào)整極容易出現(xiàn)撞到迷宮墻壁，導(dǎo)致求解迷宮過程的失敗?！半p頭”電腦鼠無需180度轉(zhuǎn)彎，可以大大提高行駛的穩(wěn)定性。 “IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”競賽日趨激烈，具有雙向行駛特征的“IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”智能電腦鼠的研制成功，比原有電腦鼠更快更穩(wěn)，為參加本屆“IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”競賽獲得優(yōu)異成績提供充分的技術(shù)保障
科學(xué)性、先進性
- 先進性技術(shù)關(guān)鍵 1) 雙頭行駛邏輯控制 電腦鼠在行走到死路時無需硬件姿態(tài)上的后轉(zhuǎn)就能繼續(xù)前進。 2）算法設(shè)計 針對目前國內(nèi)國際比賽迷宮日趨復(fù)雜的情況，我們采用的是根據(jù)電腦鼠行走特征特別優(yōu)化過的Flood洪水演算法，確保電腦鼠在復(fù)雜的各種迷宮中能夠搜索盡量少的路徑就能找到相對較短的路徑。相比左手法則,中心法則等這些傳統(tǒng)算法,搜索的路徑和重復(fù)性將大大減少。 3) 步進電機高精度控制技術(shù) 4）轉(zhuǎn)彎技術(shù) 電腦鼠在行走迷宮時的轉(zhuǎn)彎控制是電腦鼠能夠穩(wěn)定且快速到達(dá)終點的關(guān)鍵。本作品采用的是順滑90度連續(xù)轉(zhuǎn)彎而不是傳統(tǒng)的停轉(zhuǎn),在速度方面有很大的優(yōu)勢。 5）紅外測距技術(shù)改進 實現(xiàn)紅外電壓值與距離值的轉(zhuǎn)化關(guān)系 創(chuàng)新點： 該電腦鼠與傳統(tǒng)參賽的電腦鼠相比，最大的創(chuàng)新點在于無需進行180掉頭轉(zhuǎn)彎，可靈活的前后雙向行駛，從而具有兩大優(yōu)勢： 一、可以實現(xiàn)靈活的前后雙向行駛，節(jié)約寶貴的迷宮時間； 二、減少180度轉(zhuǎn)彎，從而大大提高電腦鼠的穩(wěn)定性，為順利到達(dá)迷宮終點提供更高的可靠性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年10月，由中國計算機學(xué)會嵌入式系統(tǒng)專業(yè)委員會和長三角嵌入式系統(tǒng)與軟件聯(lián)盟共同主辦,上海第二工業(yè)大學(xué)舉辦的全國IEEE電腦老鼠走迷宮競賽長三角賽區(qū)分別獲得: 第一名,第二名 2010年11月，由中國計算機學(xué)會嵌入式系統(tǒng)專業(yè)委員會在北京舉辦的全國IEEE電腦老鼠走迷宮競賽全國總決賽中獲得一個一等獎,一個二等獎。
作品所處階段
- 競賽實用階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 可向其它參加競賽或進行嵌入式實踐訓(xùn)練院校提供套件或成品，供學(xué)生調(diào)試后參賽或進行課程實踐用
作品可展示的形式
- 實物、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 具有雙向行駛特征的“IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”智能電腦鼠的研制成功，產(chǎn)品本身主要用于參加“IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”的國內(nèi)及國際賽事。 電腦鼠走迷宮競賽要求參賽者自己設(shè)計和制作電腦鼠，迷宮的路徑也是在競賽開始前幾分鐘隨機設(shè)置的，所以競賽獲勝的難度較大。競賽除了考驗參賽者在人工智能編程方面的能力以外，還要考驗參賽者對嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、傳感器應(yīng)用、控制技術(shù)應(yīng)用與人工智能技術(shù)等多方面的經(jīng)驗和實踐能力。因此這類競賽對培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力有很大的益處。 電腦鼠是一種小型的智能機器人，以此為切入點，可以讓嵌入式實驗室的師生一起展開機器人領(lǐng)域的研究。對電腦鼠本身功能的擴展，可以進一步將涉及應(yīng)用于如兒童玩具、智能家電等場合?，F(xiàn)在市場上已有清潔機器人，如果用該設(shè)計來改進技術(shù)，能避開障礙物且不重復(fù)，控制掃地、拖地。而且還可以發(fā)展為車輛的無人駕駛技術(shù)。
同類課題研究水平概述
- 國際電工和電子工程學(xué)會（IEEE）每年都要舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競賽，自舉辦以來參加國踴躍，為此許多大學(xué)還開設(shè)了“電腦鼠原理和制作”選修課程。 1972年美國機械雜志發(fā)起比賽，最初的電腦鼠是機械的，由彈簧驅(qū)動。1977年IEEE Spectrum雜志提出電腦鼠的概念：電腦鼠是一個小型的由微處理器控制的機器人車輛，在復(fù)雜迷宮中具有譯碼和導(dǎo)航的功能。真正的首場電腦鼠迷宮競賽于1979年在紐約舉行。自1991 年以來，世界級的比賽數(shù)目顯著增加。原來一年舉行5～6 場比賽，現(xiàn)在增加到100 場以上。 2007年和2008年，由上海市計算機學(xué)會主辦了兩次“長三角地區(qū)IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮邀請賽”，有三十多所院校參加，反響強烈。2009年由中國計算機學(xué)會嵌入式系統(tǒng)專業(yè)委員會主辦了“2009全國‘電腦鼠走迷宮’競賽”，共有全國9個賽區(qū)54所高校的140支參賽隊報名參賽，此次比賽拉開了中國電腦鼠競賽的大幕。 電腦鼠比賽在國內(nèi)外大多由高校師生參與為主，國內(nèi)外很多高校也成立專門的實驗室進行電腦鼠技術(shù)的研究。 電腦鼠在國內(nèi)興起的時間僅僅只有三四年,國內(nèi)的水平目前尚處于剛剛起步的階段,大部分學(xué)校參加電腦鼠的比賽選擇的都是使用周立功公司提供的成品電腦鼠MicroMouse615系列,如2010年的全國IEEE電腦鼠走迷宮競賽中參賽的一百七十多個高校中僅僅只有十多個學(xué)校采用的是完全自主開發(fā)研制的電腦鼠。周立功公司生產(chǎn)的MicoMouse615系列電腦鼠采用的是步進電機單向行駛方法,利用紅外線進行迷宮探測,算法方面僅僅只有基礎(chǔ)的中左法則、中右法則等效率不高的算法。 日本、新加坡、英國是在電腦鼠領(lǐng)域研究較深入的幾個國家，電腦鼠競賽有相對較長的發(fā)展史。競賽用電腦鼠大多采用的是高速直流電機，在直線行走方面有非常大的速度優(yōu)勢。利用的是陀螺儀和紅外線傳感器兩種方式相結(jié)合進行姿態(tài)上的調(diào)整。算法方面大多是采用經(jīng)過修改的Flood算法。 綜上，目前國際國內(nèi)競賽用電腦鼠主要有直流電機和步進電機兩種，在180度轉(zhuǎn)彎技術(shù)方面普遍采用的是直接掉頭行駛，尚未檢索到有雙頭行駛特征的電腦鼠用于正式比賽中。
