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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 具有雙向行駛特征的“IEEE競(jìng)賽迷宮”智能電腦鼠
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)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(jī)電運(yùn)動(dòng)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(shí)別迷宮,通過控制電機(jī)的狀態(tài)在未知迷宮中探索前進(jìn)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(dòng)行走的同時(shí)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(diǎn)。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(yùn)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(jī)電運(yùn)動(dòng)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(shí)別迷宮,通過控制電機(jī)的狀態(tài)在未知迷宮中探索前進(jìn)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(dòng)行走的同時(shí)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(diǎn)。 國際電工和電子工程學(xué)會(huì)（IEEE）每年都要舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競(jìng)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(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)率先在國內(nèi)主辦了兩次IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮邀請(qǐng)賽（長三角地區(qū)），有三十多所院校參加，反響強(qiáng)烈。2009 全國“IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”邀請(qǐng)賽，全國9個(gè)賽區(qū)的共52所高校參賽。2010年，更是達(dá)到全國14個(gè)賽區(qū)的170所高校的360多支代表隊(duì)參加。 具有雙向行駛特征的電腦鼠是城市學(xué)院電腦鼠團(tuán)隊(duì)基于歷代電腦鼠基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)研制的，其最大的特點(diǎn)就是具有雙向行駛特征，該電腦鼠可以進(jìn)行頭尾互換，大大節(jié)省行走迷宮的時(shí)間。 自制電腦鼠在國內(nèi)比較少見，設(shè)計(jì)開發(fā)該電腦鼠設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)和工控的多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)，對(duì)學(xué)生的開發(fā)要求比較高，因此，電腦鼠潛在的教學(xué)價(jià)值是巨大的。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、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(huì)（IEEE）每年都要舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競(jìng)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(jìng)賽在國內(nèi)首次舉辦時(shí)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(duì)參賽以來，一直自行研制電腦鼠，經(jīng)過不斷的更新升級(jí)，到目前已有過5個(gè)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(qiáng)健體魄，爭(zhēng)取以最短的時(shí)間解開迷宮，返回起點(diǎn)進(jìn)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(duì)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?yàn)檗D(zhuǎn)彎時(shí)角度未調(diào)整正確，而在進(jìn)行180度轉(zhuǎn)彎時(shí)，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(shí)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(jìng)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(jìng)賽獲得優(yōu)異成績提供充分的技術(shù)保障
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 先進(jìn)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(shí)無需硬件姿態(tài)上的后轉(zhuǎn)就能繼續(xù)前進(jìn)。 2）算法設(shè)計(jì) 針對(duì)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(duì)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(jìn)電機(jī)高精度控制技術(shù) 4）轉(zhuǎn)彎技術(shù) 電腦鼠在行走迷宮時(shí)的轉(zhuǎn)彎控制是電腦鼠能夠穩(wěn)定且快速到達(dá)終點(diǎn)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(shì)。 5）紅外測(cè)距技術(shù)改進(jìn) 實(shí)現(xiàn)紅外電壓值與距離值的轉(zhuǎn)化關(guān)系 創(chuàng)新點(diǎn)： 該電腦鼠與傳統(tǒng)參賽的電腦鼠相比，最大的創(chuàng)新點(diǎn)在于無需進(jìn)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(shì)： 一、可以實(shí)現(xiàn)靈活的前后雙向行駛，節(jié)約寶貴的迷宮時(shí)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(diǎn)提供更高的可靠性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年10月，由中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)嵌入式系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì)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(jìng)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(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)嵌入式系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì)在北京舉辦的全國IEEE電腦老鼠走迷宮競(jìng)賽全國總決賽中獲得一個(gè)一等獎(jiǎng),一個(gè)二等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 競(jìng)賽實(shí)用階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 可向其它參加競(jìng)賽或進(jìn)行嵌入式實(shí)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(jìn)行課程實(shí)踐用
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 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(jìng)賽要求參賽者自己設(shè)計(jì)和制作電腦鼠，迷宮的路徑也是在競(jìng)賽開始前幾分鐘隨機(jī)設(shè)置的，所以競(jìng)賽獲勝的難度較大。競(jìng)賽除了考驗(yàn)參賽者在人工智能編程方面的能力以外，還要考驗(yàn)參賽者對(duì)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(yàn)和實(shí)踐能力。因此這類競(jìng)賽對(duì)培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力有很大的益處。 電腦鼠是一種小型的智能機(jī)器人，以此為切入點(diǎn)，可以讓嵌入式實(shí)驗(yàn)室的師生一起展開機(jī)器人領(lǐng)域的研究。對(duì)電腦鼠本身功能的擴(kuò)展，可以進(jìn)一步將涉及應(yīng)用于如兒童玩具、智能家電等場(chǎng)合。現(xiàn)在市場(chǎng)上已有清潔機(jī)器人，如果用該設(shè)計(jì)來改進(jìn)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(huì)（IEEE）每年都要舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競(jìng)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(jī)械雜志發(fā)起比賽，最初的電腦鼠是機(jī)械的，由彈簧驅(qū)動(dòng)。1977年IEEE Spectrum雜志提出電腦鼠的概念：電腦鼠是一個(gè)小型的由微處理器控制的機(jī)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(chǎng)電腦鼠迷宮競(jìng)賽于1979年在紐約舉行。自1991 年以來，世界級(jí)的比賽數(shù)目顯著增加。原來一年舉行5～6 場(chǎng)比賽，現(xiàn)在增加到100 場(chǎng)以上。 2007年和2008年，由上海市計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)主辦了兩次“長三角地區(qū)IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮邀請(qǐng)賽”，有三十多所院校參加，反響強(qiáng)烈。2009年由中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)嵌入式系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì)主辦了“2009全國‘電腦鼠走迷宮’競(jìng)賽”，共有全國9個(gè)賽區(qū)54所高校的140支參賽隊(duì)報(bào)名參賽，此次比賽拉開了中國電腦鼠競(jìng)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電腦鼠技術(shù)的研究。 電腦鼠在國內(nèi)興起的時(shí)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(jìng)賽中參賽的一百七十多個(gè)高校中僅僅只有十多個(gè)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(jìn)電機(jī)單向行駛方法,利用紅外線進(jìn)行迷宮探測(cè),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(gè)國家，電腦鼠競(jìng)賽有相對(duì)較長的發(fā)展史。競(jìng)賽用電腦鼠大多采用的是高速直流電機(jī)，在直線行走方面有非常大的速度優(yōu)勢(shì)。利用的是陀螺儀和紅外線傳感器兩種方式相結(jié)合進(jìn)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(jìng)賽用電腦鼠主要有直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)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。
