第十一课 机器人程序设计：机器人走迷宫编程
第十一课 机器人走迷宫编程
东风一中E21信技课题组
【学习目标】①掌握机器人马达模块控制；②熟悉运用循环结构、分支结构控制机器人运动。
【学习任务】 制作机器人，实现机器人走迷宫编程。
一、 机器人走迷宫算法
走迷宫问题是一个古老而著名的问题。有两种方法都可以走到出口，一种是顺时针走法（左手法则），另一种是逆时针走法（右手法则）。以左手法则为例：
如果左手摸着墙壁，向前走；
如果左手摸不到墙壁，向左转，使左手能够摸到墙壁；
如果前面撞到墙了，说明前面有障碍物，向右转；
重复以上三步，就可以走到出口。
迷宫场地图
机器人走迷宫程序流程图
【思考与练习】
1、为什么机器人老在打转，没有碰到墙？
2、机器人撞到前面的墙，为什么没有转过弯来？
3、机器人为什么在房间门口没有进去？
问题答案
1、机器人左右马达参数设置有问题。
2、机器人转动的时间不够，延时时间需要调整。
3、机器人转弯幅度不够，需要调整马达参数。
附：参考C语言程序
智能机器人走迷宫比赛规则
智能机器人走迷宫比赛规则 一、任务 制作一个由计算机程序控制的机器人，在一间模拟平面结构的房间里运动，由“H”为起点访问指定房间。 二、标准 1、模拟平面结构的房间和特性 机器人走迷宫比赛的场地平面结构示意图见《规则附件》，最终比赛场地以当天现场提供为准。 示意图中的尺寸供练习和实践时参考，竞赛场地的实际尺寸与示意图给定尺寸基本相同，但允许有1cm范围内制作误差。 模拟房间的墙壁33cm高，材质为木板。墙壁为白色。竞赛场地的地板为黑色的光滑木制表面。地板可以有接口，但接合处平整并是同样的黑色。场地的平整度要求，只要机器人可以处理0.3cm的不连续区域就可以。竞赛场地模拟房间里整体地面是水平的，没有斜坡和楼梯。 房子中，所有的走廊和门口宽都不小于46cm。门口并没有门，在地面上用一条2.5cm宽的白线表示房间入口。 竞赛场地的地板是黑色的。 机器人将从示意图中一个标有“H”的正方形开始，代表起始位臵。实际竞赛场地中代表起始位臵的白色正方形是实心的，并不标记“H”。 代表起始的位臵为30cm×30cm边长的白色正方形，正方形的对角线交点将设在46cm走廊的纵向中心线上。 竞赛场地示意图中在代表起始位臵的正方形左侧的墙壁没有标注缺口。竞赛场地这一部分墙壁可以移开，让参赛者比较方便地设臵机器人。机器人也可以用一些装臵来校正机器人在正方形中的位臵。机器人必须在白色正方形中启动。一旦启动，它可以在比赛场地中向所希望的横向或纵向运动。 2、照明设备 竞赛场地周围将尽量使用冷光源，且光线强度适中、均匀。但最终照明等级在比赛时才能确定。参赛者在比赛的当天有时间了解周围的灯光等级及标定
人工智能的迷宫问题
1. 题目：给出下面的迷宫图，找出走出迷宫的路径。 sg s0 s1 s2 s3 s4s5s6 s7s8s9 2．算符与状态空间 迷宫算符：左右上下 状态空间：
3．求解的状态空间图 4．给出各类表
5．程序代码 trace DOMAINS state=symbol DATABASE-mydatabase open(state,integer) closed(integer,state,integer) res(state) mark(state) fail_ PREDICATES solve search(state,state) result searching step4(integer,state) step56(integer,state) equal(state,state) repeat resulting(integer) rule(state,state) road(state,state)
GOAL solve. CLAUSES solve:-search(s0,sg),result. search(Begin,End):-retractall(_,mydatabase), assert(closed(0,Begin,0)), assert(open(Begin,0)), assert(mark(End)),repeat,searching,!. result:-not(fail_), retract(closed(0,_,0)),closed(M,_,_), resulting(M),!. result:-beep,write("sorry don't find a road!"). searching:-open(State,Pointer), retract(open(State,Pointer)),closed(No,_,_),No2=No+1, asserta(closed(No2,State,Pointer)),!,step4(No2,State). searching:-assert(fail_). step4(_,State):-mark(End),equal(State,End). step4(No3,State):-step56(No3,State),!,fail. step56(No4,StateX):- rule(StateX,StateY), not(open(StateY,_)), not(closed(_,StateY,_)), assertz(open(StateY,No4)),fail.
信息技术《机器人走迷宫》教案
信息技术《机器人走迷宫》教案 中学信息技术《机器人走迷宫》教案 第15课机器人走迷宫 【教学目标】 1．知识与技能 ◆学习红外传感器，完成机器人走迷宫； ◆理解机器人走迷宫的策略； ◆学会编写机器人迷宫程序流程图； ◆掌握子程序及复杂程序的编写。 2．过程与方法 ◆通过视频播放机器人走迷宫，激发学生兴趣； ◆通过教师讲解左右手走，培养学生的编程思维； ◆通过让学生自己动手编程、调试，体会成功的乐趣。 3．情感态度与价值观 ◆通过制作走迷宫的机器人，培养学生的想像力和创造力； ◆培养学生积极探索、敢于实践、大胆创新的精神和意识。 【教法选择】 任务驱动、自主探究、分组协作。 【教学重点】
1．理解机器人走迷宫的策略； 2．学会如何编写机器人走迷宫的流程图。 【教学难点】 1．机器人行走方向的判断； 2．掌握子程序及复杂程序的编写； 3．红外传感器在实际生活中的多元运用。 【教学过程】 一、创设情景，导入新课 教师活动 1．设置情景：欣赏走迷宫的机器人视频； 2．引人课题：引导学生分析机器人走迷宫的原理，观察走迷宫机器人中运用到的知识，引出本堂课的任务。 学生活动 欣赏视频，所学知识的整理和回顾，明确学习目标。 二、展现目标，引入任务 教师活动 实例讲解机器人走迷宫的原理及左、右手走：如果一个人在漆黑的迷宫场地中寻找出口，怎么才能走出迷宫呢?一般地，人会通过手的触摸寻找行走路线，沿迷宫的围墙的某一侧行走可以使机器人走遍迷宫的每个地方，这是走迷宫的一般方法。由于场地漆黑，粮据两手获得的墙壁触摸信息可以做出判断，我们称沿左侧行走的方法为左手走，称沿右侧
行走的方法为右手走。让机器人假设按左手法则行走，用左手去摸索左侧的墙壁，以确定前进的方向，同时右手伸向前方，避免在前进的过程中撞到前方拐弯处的墙上。 学生活动 通过观察和教师的讲解，了解机器人走迷宫的策略。 三、自主学习，任务探究 教师活动 1．布置学习任务一(走迷宫策略——左右手走) 阅读教材，根据教师所讲解的内容以及自主理解，强化对左右手走的理解。 2．指导学生以小组为单位，进行探究式协作学习，完成搭建走迷宫机器人，鼓励完成快的同学当小组长，辅导制作有困难的学生。 3．布置学习任务二(走迷宫程序的设计及子程序的引入) 通过分析“走迷宫机器人"的程序以及观察流程图，小组讨论出程序设计的意图，并独立完成程序的再设计。 对“子程序"概念的归纳及讲解，为学生整理一下编程思路。 学生活动 1．结合教材完成任务一。在练习过程中，完成快的同学辅导制作有困难的同学； 2．结合教材完成任务二。在实践过程中，收集出各组
《机器人走迷宫》教学设计
《机器人走迷宫》教学设计 一、教学目标 1．知识与技能 学习红外传感器，完成机器人走迷宫； 理解机器人走迷宫的策； 学会编写机器人迷宫程序流程图； 掌握子程序及复杂程序的编写。 2．过程与方法 通过视频播放机器人走迷宫，激发学生兴趣； 通过教师讲解左右手走，培养学生的编程思维； 通过让学生自己动手编程、调试，体会成功的乐趣。 3．情感态度与价值观 通过制作走迷宫的机器人，培养学生的想象力和创造力； 培养学生积极探索、敢于实践、大胆创新的精神和意识。 二、教材分析 机器人走迷宫是本节课在经过几节实验课后，在掌握了相关知识后的一项大的、传统的，并具有一定任务难度的活动课，它要求我们的同学能够综合运用前面所学的各种传感器，加上自己的创造、创新，去分析、解释任务，搭建机器人，理解机器人走迷宫的策，写出详细的流程图，并通过运行机器人来检验其正确性，通过反复调试最终完成学习任务。同时，走迷宫也是一项比较有趣的活动，可以有效地考验学生的记忆和判断能力。 在前面的课程中，我们学习了红外传感器的使用，了解了红外传感器在实际中的某些应用，本节课我们继续使用红外传感器，通过动手搭建迷宫机器人，理解机器人走迷宫的策，学习子程序及复杂程序的编写。 任务驱动、自主探究、分组协作。
三、教学重点 1．理解机器人走迷宫的策； 2．学会如何编写机器人走迷宫的流程图。 四、教学难点 1．机器人行走方向的判断； 2．掌握子程序及复杂程序的编写； 3．红外传感器在实际生活中的多元运用。 五、教学过程 （一）创设情景，导入新课 教师活动 1．设置情景：欣赏走迷宫的机器人视频； 2．引入课题：引导学生分析机器人走迷宫的原理，观察走迷宫机器人中运用到的知识，引出本堂课的任务。 学生活动 欣赏视频，所学知识的整理和回顾，明确学习目标。 （二）展现课标，引入任务 教师活动 实例讲解机器人走迷宫的原理：如果一个人在漆黑的迷宫场地中寻找出口，怎么才能走出迷宫呢？一般地，人会通过手的触摸来寻找行走路线，沿迷宫的围墙的某一侧行走可以使机器人走遍迷宫的每个地方，这是走迷宫的一般方法。由于场地漆黑，根据两手获得的墙壁触摸信息可以做出判断，我们称沿左侧行走的方法为左手走，称沿右侧行走的方法为右手走。让机器人假设按左手法则行走，用左手去摸索左侧的墙壁，以确定前进的方向，同时右手伸向前方，避免在前进的过程中撞到前方拐弯处的墙上。 学生活动 揭过观察和教师的讲解，了解机器人走迷宫的原理。
擂台赛智能机器人比赛规则
擂台赛-智能机器人比赛规则 一、比赛场地 比赛场地为边长200cm的正方形，由木板做成。场地台面离地面 高10cm。比赛场地台面平坦，地板的接合处可能不是很平整，要求机 器人可以处理0.3cm的不连续区域就可以了。 比赛场地台面上铺有一张蓝色渐变色图纸，共分10种色块由内向 外逐渐变深。离场地150cm远的地方有围墙，围墙高100cm，颜色 为黑色。比赛开始,任何人不得进入围墙内。 200cm 2m 200cm 二、机器人 机器人的整体外形尺寸（包括机器人触角、探测物及装饰物等）
不限，机器人在运行过程中允许伸展自己的手臂，但手臂必须与机器人是硬连接的，机器人重量限制在2.5kg之内，制作材料、机器人型号等不做限制。 机器人自备电源电压应低于12V。 机器人上所装备的传感器在不违反其他规则的情况下没有限制。机器人装饰物不能对比赛有任何影响。 参赛机器人必须是智能机器人，不能与外界有任何通信。禁止使用无线或红外线装置等进行遥控，禁止参赛选手在墙上、地上或其他位置放置灯塔或反射物等来帮助机器人导航。 三、机器人运行 机器人启动前，应与另一方的机器人面对面位于场地中央。 机器人开机方式要求采用声音控制。当机器人电源打开后，裁判会发送3000—4000Hz的声音或哨声，机器人接收声音信号自动运行。 机器人一旦启动，必须在没有人的干预下自主控制，而非人工控制。 机器人在比赛过程中不能故意标记或破坏场地。机器人在运行过程中，不能把任何东西留在场地上，如果裁判认为机器人故意破坏场地将取消该机器人的参赛资格。 机器人在比赛过程中，不能运用任何危险性方法，如：火、液体(水、
走迷宫机器人——控制系统的设计
走迷宫机器人——控制系统的设计 上海交通大学：钱真彦（F9903406班）苏稚英（F9903501班） 摘要 走迷宫机器人主要是基于自动导引小车（AGV——auto-guided vehicle）的原理，实现小车识别路线，判断并自动规避障碍，选择正确的行进路线。导引方式采用与地面颜色有较大差别的导引线，使用反射式光电传感器感知导引线，障碍判断采用机械式传感器。驱动电机采用直流电机，电机控制方式为单向PWM开环控制。控制核心采用51单片机，控制系统与电路用光耦完全隔离以避免干扰。控制上采用分时复用技术，仅用一块单片机就实现了信号采集，路线判断，电机控制。该技术可以应用于无人工厂，仓库，服务机器人等领域。 总体规划 对于走迷宫小车控制系统设计主要有三个方面：一、控制电路设计；二、传感器选择以及安放位置设计；三、程序设计。从总的方面来考虑，传感器的使用数量应该尽量少以减少单片机的信号处理量，但是又必须能使小车行驶自如。控制电路要根据选用的电机和传感器来设计，主要考虑稳定性，抗干扰性。 一、电路设计 控制电路主要有电机驱动电路，单片机接口电路，电源电路三个部分。考虑到电机的起动电流和制动时比较大，会造成电源电压不稳定容易对单片机和传感器的工作产生干扰，所以，电机驱动电路和单片机以及传感器电路用光耦隔离。传感器的电源直接使用24V蓄电池，单片机的电源则通过7805将24V电源转换到5V。这里主要对驱动电路进行一下介绍： 小车使用24V直流电机，对于这种小功率直流电机的调速方法一般有两种。 （1）线性型 使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大。 （2）脉宽调制 另外一种是较常用的脉宽调速（PULSE WIDE MODULATION——PWM），这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转的等优点。 因此决定采用PWM方式控制直流电机。PWM调速分为双向式和单向式两种 ①双向式 图一即为较常用的PWM调速电路，在一个脉冲周期内(T=Ta＋Tb)，T1和T3导通的时间为Ta，T2和T4导通的时间为Tb，这样在Ta这段时间内，电机通过的是正向电流，在Tb这段时间内为反相电流。当Ta=Tb时电机停转，Ta>Tb时电机正转，Ta
电脑鼠机器人迷宫竞赛规则
第四届青少年机器人活动暨亚洲机器人锦标赛中国区选拔赛 电脑鼠机器人迷宫竞赛规则 竞赛要求使用东莞市博思电子数码科技有限公司的电脑鼠机器人器材。如下图所示： （一）场地尺寸及环境要求 1.迷宫场地由8×8个边长为180.00×180.00mm 的正方形单元组成（见图1 ）。 电脑鼠机器人迷宫竞赛是一种利用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能的小型机器人比赛，它要求机器人在指定的迷宫中自动探索并找出通往终点的路径，赛中机器人需随时掌握自身的位置信息，准确获取墙壁信息并做记录，最终依靠记忆找出最佳路径并以最短的时间走出迷宫，赢得比赛。 一、简述 二、规则
2.图2示例场地图 3.四周的隔墙将整个迷宫封闭，迷宫隔墙的侧面为白色，顶部为红色。迷宫的地面为木质， 用于隔开每个单元格的围板称为墙壁，迷宫场地的墙壁高50.00mm，厚12.00mm，因此两堵隔墙所构成的通道其实际宽度为168.00mm（示例场地图见图2）
使用油漆漆成黑色。迷宫地面上印有墙壁的定位线，作组装场地时定位墙壁的标记，隔墙侧面和顶部的涂料需能反射红外线，地板的涂料需能吸收红外线。 4.迷宫的起始单元必须有三面隔墙，余下一个出口。例如，若没有隔墙的出口端为“北”向时，那么迷宫的外墙就构成“东”、“南”、“西”方位的隔墙。 5.6.迷宫场地中，将每个正方形单元的四角每两边相交的位置的点我们定义为“格点”。除了停泊区域中心的格点外，其余每个格点至少要延伸出一面隔墙或与一面隔墙相接触。由格点延伸出去的墙壁的组合方式多种多样，以迷宫左下角的一个格点为例，如下图中黑色部分为格点，示例场地图见图 2 A 、从格点处延伸出一块墙壁后，与该节点有关的墙壁的几种布置位置如下： B 、从格点处延伸出两块墙壁后，与该节点有关的墙壁的几种布置位置如下： 符合本规则的迷宫场地设计方案数量众多，但迷宫的格数始终是8×8格，四边的围墙不变，变化的是围墙内部的各个墙壁，比赛时具体使用场地,由比赛现场公布。
迷宫机器人的硬件结构设计
摘要：迷宫机器人主要研究的几个部分：行走机构、传感器、驱动方式、控制系统。控制系统设计是迷宫机器人设计中很关键的一部分，只有具有合理的结构和稳定可靠的控制系统，才能保证迷宫机器人顺利迅速地完成行走迷宫的过程，才能保证为研究复杂的迷宫算法打下良好的基础。 关键词：迷宫机器人，硬件结构，控制系统设计 1.引言 迷宫机器人的体系结构分为两种：水平式体系结构，垂直式体系结构。 水平式结构最早由nillsion提出来的，它采用从上而下的方法构造系统，根据信息的流向及行为功能，将机器人的控制过程分解成不同的子任务，由不同的功能模块去执行，这些功能模块组成了一条闭环链，信息流由环境经由传感器进入机器人处理器，经过规划决策处理后再经由执行机构返回环境，从而实施控制行为，构成一个闭环系统。 垂直式结构是采用从下而上的方法构造系统，将完成机器人某一特定控制的感知、规划、任务执行等过程封装在一起，称为一个行为（如停止、避障、漫游、跟踪探测等等），每一个行为都实现传感器信息与机器人动作间的一种映射，某一时刻，只有一种行为能够控制车体，机器人最终的动作是由各层行为间的相互竞争实现的. 2.迷宫机器人行走机构设计 行走机构是行走机器人的重要执行部件，它由驱动装置、传动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成。执行机构只要是机器人的足、腿、手、臂、腰及关节等，它是机器人运动和完成某项任务所必不可少的组成部分。驱动装置和传动装置用来有效地驱动执行机构的装置，通常采用液压、电动和气动，有直接驱动和间接驱动二种方式。 要研究迷宫机器人的路径规划，实现机器人在迷宫中的准确行走，都必须建立移动机器人的运动学模型，在轮式移动机器人中，差动转向式机器人控制复杂，但精度比较高，因此迷宫机器人采用双轮单独驱动、前轮为万向轮的结构，通过两个后轮的转速差来实现机器人的前进、后退、转弯等动作，使得机器人能够在迷宫中灵活地行走和避障。 机器人的机械结构主要是指机器人的机械构造、设备选型等，迷宫机器人的机械部分主要有车架、车轮、直流减速电机及其连接等。移动机器人的运动系统主要有轮式、足步式、履带式和蛇形等几种，其中应用最为广泛的是轮式运动结构，在相对平坦的地面上，用车轮移动方式行走是相当优越的。 3.迷宫机器人传感器系统设计 传感器系统是迷宫机器人很重要的一部分，它的作用是建立合理的机器人感觉系统，以便机器人能建立起完整的信息获取渠道，也是关系到迷宫机器人智能程度的关键，由于环境的多样性、自身状态的不确定性和单一传感器的局限性，仅仅依靠一种传感器难以完成对周围环境的感知，为完成在复杂环境下的自主移动，机器人通常装有用于导航需要的多种传感器，机器人选择什么样的传感器完全取决于机器人的工作需要和应用特点，并要求传感器具有较强的抗干扰性、较好的稳定性、快速性以及较低的成本等。 环境感知能力是移动机器人除了移动之外最为基本的一种能力，感知能力的高低直接决定了一个机器人的智能性高低，它的作用是建立合理的机器人感觉系统，以便机器人能够建立起完整的信息获取渠道。机器人要具备智能行为就必需依靠传感器不断感知外界环境，从而做出相应的决策行为。目前传感器的种类繁多，功能越来越丰富，像超声波传感器、红外传感器、光电传感器等。传感器系统是机器人很重要的部分，选择机器人传感器完全取决于机器人的工作需要和应用特点，因此迷宫机器人的传感器系统包括三个红外传感器和三个黑标传感器。 4迷宫机器人驱动系统设计
人工智能电脑鼠搜迷宫实验
北京科技大学实验报告 学院：自动化学院专业：智能科学学技术班级： 姓名：学号：实验日期：2017年11月6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： 实验内容 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
实验步骤 （一）KEIL MDK的安装 1双击运行Ke i l MDK 4.12 安装程序，出现软件安装界面，如图所示： 2点击Next，勾选安装协议； 3选择安装路径，建议安装在C 盘，运行速度快些 4 填入用户信息，个人用户随意填入即可； 点击Next 就进入实质的安装过程了，Wait for a Whle… 5点击Finish，Keil MDK 就完成安装了，可以发现桌面上生成了名为“Keil uVis ion4”的可执行文件快捷方式。
（二）检查和调整电脑鼠的硬件 1.电机检查：在电脑鼠程序文件中找到Motor.c文件，直接为两侧电机赋相同的速度值，用G-link连接电脑鼠和电脑，传入程序，打开电脑鼠放在地面上，如果电脑鼠能正常直线行进，即证明两侧电机正常工作。如果有电机有问题，拆下原来的电机换新的再次进行电机检查即可。 2.传感器检查：用G-link连接电脑鼠和电脑，打开传感器查询模式，用手逐渐靠近每一个传感器，如果相应的传感器值由小变大，那么此传感器工作正常。且每个传感器在手指位于相同距离时，回传的传感器值近似相等即证明传感器都正常工作，如果有传感器有问题，拆下原来的传感器换新的再次进行传感器检查即可。 传感器回传值查询界面 （三）智能搜索算法的编写 在含底层驱动的程序的基础上加上算法，实现智能搜索，把电脑鼠变成一只真正的智能的老鼠。
自动小车走迷宫的设计与实践
自动小车走迷宫的设计与实践 摘要：在自动控制领域，通过对直流电动机的控制可以实现机器人、小车等的智能化。本文利用红外避障传感器检测障碍物，所测得信息反馈给小车控制电路，从而控制DIY竞赛小车两直流电机的正反转，实现了小车自动从事先所设定的迷宫中走出。整个控制电路以单片机AT89C51为核心，电路结构简单、可靠性较高，实验测试结果基本达到预期目标。 关键词：AT80C51单片机；红外避障传感器；调速；电动小车 引言 当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越迈越宽，随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国大学生电子设计竞赛控制类题目也多次使用过小车的智能化控制，全国各高校也都很重视该题目的研究，可见其研究意义很大。本文所设计的电动小车控制电路让小车具有了避障功能，在事先所设定的迷宫入口处打开电源后，小车可以独立从迷宫中走出。 根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加红外线避障感器实现对电动小车前方道路的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠、精度高，可满足系统的各项要求。本设计采用MCS-51系列中的AT89C51单片机为控制核心，利用红外避障传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障功能，实现小车自动从迷宫中走出。 1 功能概述及总体方案设计 1.1功能概述 本设计的“自动小车走迷宫”这一套系统主要是让小车自主的从迷宫的入口走到出口。在这一过程中，小车通过前、左、右三个红外避障传感器现对周围障碍物的实时测距来实现避障功能；在小车的行走过程中，也会实时地把小车前方的道路状况反应给单片机。如图1.1所示为迷宫示意图：
中学信息技术《机器人走迷宫》教案
中学信息技术《机器人走迷宫》教案 第15课机器人走迷宫 【教学目标】 ．知识与技能 ◆学习红外传感器，完成机器人走迷宫； ◆理解机器人走迷宫的策略； ◆学会编写机器人迷宫程序流程图； ◆掌握子程序及复杂程序的编写。 ．过程与方法 ◆通过视频播放机器人走迷宫，激发学生兴趣； ◆通过教师讲解左右手走，培养学生的编程思维； ◆通过让学生自己动手编程、调试，体会成功的乐趣。 ．情感态度与价值观 ◆通过制作走迷宫的机器人，培养学生的想像力和创造力； ◆培养学生积极探索、敢于实践、大胆创新的精神和意识。 【教法选择】 任务驱动、自主探究、分组协作。 【教学重点】 ．理解机器人走迷宫的策略；
．学会如何编写机器人走迷宫的流程图。 【教学难点】 ．机器人行走方向的判断； ．掌握子程序及复杂程序的编写； ．红外传感器在实际生活中的多元运用。 【教学过程】 一、创设情景，导入新 教师活动 ．设置情景：欣赏走迷宫的机器人视频； ．引人课题：引导学生分析机器人走迷宫的原理，观察走迷宫机器人中运用到的知识，引出本堂课的任务。 学生活动 欣赏视频，所学知识的整理和回顾，明确学习目标。 二、展现目标，引入任务 教师活动 实例讲解机器人走迷宫的原理及左、右手走：如果一个人在漆黑的迷宫场地中寻找出口，怎么才能走出迷宫呢?一般地，人会通过手的触摸来寻找行走路线，沿迷宫的围墙的某一侧行走可以使机器人走遍迷宫的每个地方，这是走迷宫的一般方法。由于场地漆黑，粮据两手获得的墙壁触摸信息可以做出判断，我们称沿左侧行走的方法为左手走，称沿右侧行走的方法为右手走。让机器人假设按左手法则行走，用
左手去摸索左侧的墙壁，以确定前进的方向，同时右手伸向前方，避免在前进的过程中撞到前方拐弯处的墙上。 学生活动 通过观察和教师的讲解，了解机器人走迷宫的策略。 三、自主学习，任务探究 教师活动 ．布置学习任务一 阅读教材，根据教师所讲解的内容以及自主理解，强化对左右手走的理解。 ．指导学生以小组为单位，进行探究式协作学习，完成搭建走迷宫机器人，鼓励完成快的同学当小组长，辅导制作有困难的学生。 ．布置学习任务二 通过分析“走迷宫机器人"的程序以及观察流程图，小组讨论出程序设计的意图，并独立完成程序的再设计。 对“子程序"概念的归纳及讲解，为学生整理一下编程思路。 学生活动 ．结合教材完成任务一。在练习过程中，完成快的同学辅导制作有困难的同学； ．结合教材完成任务二。在实践过程中，收集出各组制作机器人时出现的问题，协作探究，找到解决问题的方法，
人工智能之迷宫
一、问题描述 迷宫图从入口到出口有若干条通路，求从入口到出口最短路径的走法。 图1.1 迷宫示意图 二、设计原理 图1.1为一简单迷宫示意图的平面坐标表示。以平面坐标图来表示迷宫的通路时，问题的状态以所处的坐标位置来表示，即综合数据库定义为｛(x, y) | 1≤x, y ≤ 4 ｝，则迷宫问题归结为求解从(1, 1) 到 (4, 4)的最短路径。迷宫走法规定为向东、南、西、北前进一步，由此可得规则集简化形式如下。 右移 R1：if(x, y) then (x+1, y) 如果当前在(x, y)点，则向右移动一步 下移 R2：if(x, y) then (x,y -1) 如果当前在(x, y)点，则向下移动一步 左移 R1: if(x, y) then (x -1,y) 如果当前在(x, y)点，则向左移动一步 上移 R2：if(x, y) then (x, y+1) 如果当前在(x, y)点，则向上移动一步 给出其状态空间如图2.1所示
为求得最佳路径，可使用A*算法。 A*算法f 函数定义 f(n) ＝ g(n) ＋h(n) 设：每一步的耗散值为1（单位耗散值） 定义：g(n) ＝d(n) 从初始节点s到当前节点n的搜索深度 h(n) ＝| X g －X n | ＋ | Y g －Y n | 当前节点n与目标节点间的坐标距离 其中：( X g , Y g ) 目标节点g坐标( X n , Y n )当前节点n坐标 显然满足：h(n) ≤h*(n) OPEN表节点排序 ⑴ 按照f 值升序排列 ⑵ 如果f 值相同，则深度优先 A*算法的搜索过程如下： 1、OPEN＝(s)， f(s)=g(s)+h(s) 2、LOOP：if OPEN＝( ) then EXIT(FAIL) 3、n ← FIRST(OPEN) 4、if GOAL(n) THEN EXIT(SUCCESS) 5、REMOVE(n,OPEN)，ADD(n,CLOSED) 6、{m i ﹜← EXPAND(n) ①计算f(n,m i )=g(n,m i )+h(m i )，(自s过n，m i 到目标节点的耗散值) ② ADD(m j ,OPEN)，标记m j 到n的指针(m j 不在OPEN和CLOSED中) ③ if f(n,m k ) ＜ f(m k ) then f(m k ) ← f(n,m k )，标记m k 到n的指
“走迷宫的机器人”设计与制作
“走迷宫的机器人”设计与制作 走迷宫的机器人是移动机器人路径规划算法的典型应用，在国际上迷宫机器人一直是控制领域和计算机领域的研究热点问题，文章结合迷宫机器人走迷宫的实际特点，对机器人走迷宫的一些算法进行了研究和改进，从而实现了机器人在无人为干预下自主走迷宫的目标。 标签：迷宫机器人；单片机；数据通信；智能化 1 走迷宫的机器人设计的目的 随着科学技术的高速发展，國内的教育和科研机构也日益关注机器人事业，有关科研工作在深度和规模上逐渐提高。一些著名高校基本形成了完整的研究体系，对推动高校的科技创新和产学研一体化产生了重要作用，因此我们将设计一种机器人，能够在迷宫中寻找出最短路径。 2 走迷宫的机器人系统设计 本设计以STC89C52单片机系统为控制中心，通过4路红外电路检测黑线，并保证小车能够按照黑线前行，而当单片机检测到需要转向的传感器信号时，单片机通过改变PWM波的占空比来调整小车两侧的电机转速，从而使其两侧轮产生速度差，以实现小车的转向。同时超声波探测周围障碍物，并通过WIFI模块实时传输给计算机。小车遍历整个迷宫区域，同时计算机绘制出迷宫概况，并用递归算法计算出最短路径。 3 走迷宫的机器人硬件设计 3.1 总体硬件结构图 说明：小车以STC89C52单片机控制器，采用红外传感器及其处理模块实现对黑线的循迹；通过单片机产生PWM波对电机进行驱动并通过转速对小车的方向和速度进行控制；用WIFI模块将小车周边障碍物情况传送给电脑，电脑经过运算后将最优路径传输回小车。数据采集系统以单片机为控制核心，模拟实况、算法分析由计算机完成。 3.2 微处理器的选择 单片机我们选用STC89C52，该单片机是宏晶公司推出的新一代单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机；内部集成512字节RAM，具有EEPROM功能和看门狗功能，可上电擦除；通用I/O口32个，3个16位定时器/计数器，且功耗低。对于该项目，晶振不能采用常用12兆晶振，否则通信时便会产生积累误差，进而产生波特率误差，影响通信的同步性。采用11.0592兆晶振可以得到非常准确的数值，方便通信。
《机器人走迷宫》参考教案#(精选.)
第15课机器人走迷宫 【教学目标】 1．知识与技能 学习红外传感器，完成机器人走迷宫； 理解机器人走迷宫的策； 学会编写机器人迷宫程序流程图； 掌握子程序及复杂程序的编写。 2．过程与方法 通过视频播放机器人走迷宫，激发学生兴趣； 通过教师讲解左右手走，培养学生的编程思维； 通过让学生自己动手编程、调试，体会成功的乐趣。 3．情感态度与价值观 通过制作走迷宫的机器人，培养学生的想象力和创造力； 培养学生积极探索、敢于实践、大胆创新的精神和意识。 【教材分析】 机器人走迷宫是本节课在经过几节实验课后，在掌握了相关知识后的一项大的、传统的，并具有一定任务难度的活动课，它要求我们的同学能够综合运用前面所学的各种传感器，加上自己的创造、创新，去分析、解释任务，搭建机器人，理解机器人走迷宫的策，写出详细的流程图，并通过运行机器人来检验其正确性，通过反复调试最终完成学习任务。同时，走迷宫也是一项比较有趣的活动，可以有效地考验学生的记忆和判断能力。 在前面的课程中，我们学习了红外传感器的使用，了解了红外传感器在实际中的某些应用，本节课我们继续使用红外传感器，通过动手搭建迷宫机器人，理解机器人走迷宫的策，学习子程序及复杂程序的编写。 任务驱动、自主探究、分组协作。 【教学重点】 1．理解机器人走迷宫的策； 2．学会如何编写机器人走迷宫的流程图。
【教学难点】 1．机器人行走方向的判断； 2．掌握子程序及复杂程序的编写； 3．红外传感器在实际生活中的多元运用。 【教学过程】 一、创设情景，导入新课 教师活动 1．设置情景：欣赏走迷宫的机器人视频； 2．引入课题：引导学生分析机器人走迷宫的原理，观察走迷宫机器人中运用到的知识，引出本堂课的任务。 学生活动 欣赏视频，所学知识的整理和回顾，明确学习目标。 二。展现课标，引入任务 教师活动 实例讲解机器人走迷宫的原理：如果一个人在漆黑的迷宫场地中寻找出口，怎么才能走出迷宫呢？一般地，人会通过手的触摸来寻找行走路线，沿迷宫的围墙的某一侧行走可以使机器人走遍迷宫的每个地方，这是走迷宫的一般方法。由于场地漆黑，根据两手获得的墙壁触摸信息可以做出判断，我们称沿左侧行走的方法为左手走，称沿右侧行走的方法为右手走。让机器人假设按左手法则行走，用左手去摸索左侧的墙壁，以确定前进的方向，同时右手伸向前方，避免在前进的过程中撞到前方拐弯处的墙上。 学生活动 揭过观察和教师的讲解，了解机器人走迷宫的原理。 三、自立学习，任务探究 教师活动 1．布置学习任务一（走迷宫策——左右手走） 阅读教材，根据教师所讲解的内容以及自主理解，强化对左右手走的理解。2．指导学生以小组为单位，进行探究式协作学习，完成括建走迷宫机器人，鼓励完成快的同学当小组长，辅导制作有困难的学生。
机器人课程设计报告材料
智能机器人课程设计 总结报告 姓名： 组员： 指导老师: 时间:
一、课程设计设计目的 了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于实践。通过学习，具体掌握智能机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。 基本要求：要求设计一个能走迷宫(迷宫为立体迷宫)的机器人。要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。要有走迷宫的策略（软件流程图）。对于走迷宫小车控制系统设计主要有几个方面：控制电路设计，传感器选择以及安放位置设计，程序设计 二、总体方案 2.1 机器人的寻路算法选择 将迷宫看成一个m*n的网络，机器人通过传感器反馈的信息感知迷宫的形状，并将各个节点的与周围节点的联通性信息存储于存储器中，再根据已经构建好的地图搜索离开迷宫的路径。这里可选择回溯算法。对每个网格从左到右，每个网格具有4个方向，分别定义。并规定机器人行进过程中不停探测前方是否有障碍物，同时探测时按左侧规则，进入新网格后优先探测当前方向的左侧方向。探测过程中记录每个网格的四个方向上的状态：通路、不通或未知，探测得到不同状态后记记录，同时记录当前网格的四个方向是否已被探测过。若某网格四个方向全部探测过则利用标志位表示该网格已访问。为了寻找到从起点到终点的最佳路径，记录当前网格在四个方向上的邻接网格序号，由此最后可在机器人已探测过的网格中利用Dijkstra算法找到最佳路径。并为计算方便，记录网格所在迷宫中行号、列号。并机器人探索过程中设置一个回溯网格栈记录机器人经过的迷宫网格序号及方向，此方向是从一个迷宫网格到下一个迷宫网格经过的方向。设置一个方向队列记录机器人在某网格内探测方向的顺序。设置一个回溯路径数组记录需要回溯时从回溯起点到回溯终点的迷宫网格序号及方向。 考虑到迷宫比较简单，且主要为纵横方向的直线，可采用让小车在路口始终左转或者始终右转的方法走迷宫，也就是让小车沿迷宫的边沿走。这样最终也能走出迷宫。本次课程设计采用此方法。即控制策略为机器人左侧有缺口时，向左进入缺口，当机器人前方有障碍是，向右旋转180°，其余情况保持前进。 2.2 传感器的选择
迷宫机器人竞赛规则
迷宫机器人竞赛规则 一、比赛主题 迷宫机器人竞赛是一种利用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能的小型机器人比赛，它要求机器人在指定的迷宫中自动探索并找出通往终点的路径，赛中机器人需随时掌握自身的位置信息，准确获取墙壁信息并做记录，最终依靠记忆找出最佳路径并以最短的时间走出迷宫，赢得比赛。 二、参赛组别 1.本赛事针对小学组及中学组。 2. 参赛的机器人称为“迷宫机器人”，将迷宫机器人放入迷宫并启动操作的人称为“操作员”。 3. 每支参赛队可以带2台机器人进入比赛现场以备急用，在比赛时只能使用2台机器人中的1台上场用于全部比赛。 4. 每支参赛队伍参赛人数为2名学生。指导教师不得参与现场程序设计、调试。 三、场地尺寸及环境要求 1.迷宫场地由8×8个边长为180mm×180mm的正方形单元格组成（见图1）。
图1：场地分格平面示意图 2. 用于隔开每个单元格的围板称为墙壁，迷宫场地的墙壁高50mm，厚12mm，因此两堵隔墙所构成的通道其实际宽度为168mm（示例场地图见图2）
图2 示例场地图 3.四周的隔墙将整个迷宫封闭，迷宫隔墙的侧面为白色，顶部为红色。迷宫的地面为 木质，使用油漆漆成黑色。迷宫地面上印有墙壁的定位线，作组装场地时定位墙壁的标记，隔墙侧面和顶部的涂料需能反射红外线，地板的涂料需能吸收红外线。 4.迷宫的起始区所在单元格必须有三面隔墙，余下一个出口。例如，若没有隔墙的出口端为“北”向时，那么迷宫的外墙就构成“东”、“南”、“西”方位的隔墙。 5. 符合本规则的迷宫场地设计方案数量众多，但迷宫的单元格数始终是8×8格，四边的围墙不变，变化的是围墙内部的各个墙壁，本次比赛具体使用场地方案（见第九），由组委会赛前公布。 6. 迷宫场地中，将每个正方形单元格的四角每两边相交的位置的点我们定义为“格点”。除了停泊区域中心的格点外，其余每个格点至少要延伸出一面隔墙或与一面隔墙相接触。由格点延伸出去的墙壁的组合方式多种多样，以迷宫左下角的一个格点为例，如下图中黑色部分为格点，示例场地图见下图。 7. 竞赛结束时迷宫机器人的停泊区域，就是设在迷宫中的唯一的一个没有墙壁延伸的格点的四个单元格组成的区域。示例图见图3：
智能循迹机器人竞赛规则
“美丽大连”循迹比赛比赛规则 一、竞赛主题 大连是中国著名的避暑胜地和旅游热点城市，依山傍海，气候宜人，环境优美，是中国首批“优秀旅游城市”，不仅有丰富的中国近 以美丽大连为主题，一起来欣赏大连美丽的风光。 二、竞赛场地及任务 1、赛场规格 竞赛场地的外尺寸是2000mm×2000mm，场地上贴有一条 1.5—2.5cm宽的黑色轨迹线，每个模块的大小是500mm×500mm。整个场地由起始点、直线、折线、圆弧、虚线、斜坡、断路等组成。 2、赛场环境 机器人比赛场地环境为冷光源、低照度、无磁场干扰。但由于一般赛场环境的不确定因素较多，例如，场地表面可能有纹路和不平整，光照条件有变化等等。参赛队在设计机器人时应考虑各种应对措施。 3、比赛任务 参赛队由二名队员组成，创意设计制作一套编程机器人。要求机器人从起点出发，沿黑线行走，到达终点结束。 1—16号模块对应大连市16个地名或景点，分别是：机场、老虎滩、棒棰岛、滨海路、森林动物园、星海广场、自然博物馆、旅顺、金石滩、星海公园、中山广场、人民广场、大连港、星海公园、大黑
山、冰峪沟等。 下图为比赛场地范例，实际比赛场地的轨迹图形、摆放位置及各区域的色彩搭配将由组委会在赛前确定。 三、竞赛规则 1、机器人要求 （1）机器人的创意、设计、制作与程序设计应由学生独立完成。体积大小的设计不得超过高20厘米，长宽不得超出起始区域大小。 （2）比赛时所有任务的完成均由预先编写的程序执行，不可使用任何形式的遥控装置。 （3）机器人生产厂家、型号不限，但每个机器人所用的马达数
量不能超过4个，其它结构件，数量不限。机器人的控制器、马达、传感器必须是独立的模块，允许使用寻迹板。 （4）机器人编程语言和方法不限； （5）电池自备，不可采用外部电缆输电，为了安全，所有电源电压不得超过12Ｖ； （6）在机器人显著部位应标明参赛队的名称。 2、比赛过程 （1）比赛按照小学、初中、2个组别分别进行比赛。 （2）每个队进行2轮比赛，记取最好的一次成绩作为最终比赛成绩。 （3）每轮比赛时间为1分钟，超过时间而没有结束的，按已经完成模块多少计分。 （4）比赛开始前，机器人需摆放在起始区域，其任何部位不得超出起点； （5）准备就绪后，队员应举手示意请求比赛开始。裁判员确认参赛队已准备好后，将发出“3、2、1，开始”的倒计数启动口令。听到开始后，队员可以启动机器人。 （6）机器人在行进过程中，必须沿着黑色轨迹线前进，不能脱离黑线，否则视为犯规。是否脱离黑线的标准是“机器人的整体是否离开黑线，位于黑线的一侧”。 （7）比赛中如果出现意外或故障，队员在征求裁判同意后可将机器人拿至场外修整，修整完成后必须放置起点继续比赛，修整期间，
走迷宫机器人程序
走迷宫机器人程序 教学目标： 知识目标：知道机器人完成走迷宫任务的主要步骤 技能目标：1、熟练掌握机器人仿真软件的搭建，设计出一个走迷宫机器人。 2、能根据实际要求，初步编写出一个机器人走迷宫程序。 3、在指定的场地上，让机器人运行程序，顺利完成走迷宫测试。 4、掌握走迷宫中的左手和右手法则。 情感目标：旨在培养学生信息综合处理能力和创新思维。 教学重点： 走迷宫中的左手和右手法则。 教学难点： 在仿真平台中，将自己的搭件与程序设计有机结合，完成任务。 教学准备： NST3D仿真平台（机房版）及客户端机器人演示平台一个 教学过程 1、任务分析 今天这节课我们继续进行虚拟机器人。通过前面的学习，同学们已经对纳英特3D机器人仿真系统有一个比较深入的了解。完成了机器人行动、避障和灭火三个任务。今天我们一起研究学习，共同来完成一个新的更有挑战的任务：机器人走迷宫。 师：同学们有信心吗？ 生：有 师：好，那我们就开始吧！老师先把今天的任务给大家分析一下： 机器人走迷宫：让虚拟机器人从启始位置出发向前走，进入迷宫的每个房间，再最短的时间内到达终点。 研究步骤：①分析活动任务②设计走迷宫机器人③设计走迷宫程序 ④结构与程序调试⑤完成任务与小结 2、结构设计 首先请同学们进入NST3D仿真平台，点击进入“机器人搭建”设计一个自己的走迷宫机器人，并保存。 纳英特3D机器人仿真系统界面“走迷宫机器人”搭建完成后的3D效果图其实，要提醒同学们注意什么： （1）马达方向不要装反。 （2）设置马达的端口号：左马达端口为0号，右马达端口为1号。 （3）设置“红外避障传感器”的端口为7、8、9号。 （4）设置“红外避障传感器”的“感应区是否显示，要打上勾，同时要调整传感器的感应夹角和半径（不能过大或过小）。三个“红外避障传感器”之间的角度要做适当的调整。 想一想，你在搭建机器人过程中，还有什么经验总结，可以跟全班同学继续交流。 3、程序设计 1）当我们完成了走迷宫机器人的搭建后，下一步将让由教师重点介绍走迷宫中运用到
机器人迷宫比赛规则
机器人迷宫比赛规则 一、任务 制作一个由计算机程序控制的机器人，在一间模拟平面结构的房间里运动，由“H”为起点访问指定区域（终点）。 二、标准 1、模拟平面结构的房间和特性 机器人迷宫比赛的场地平面结构示意图见《规则附件》，最终比赛场地以当天现场提供为准。 示意图中的尺寸供练习和实践时参考，竞赛场地的实际尺寸与示意图给定尺寸基本相同，但允许有1cm范围内制作误差。 模拟房间的墙壁33cm高，材质为木板。墙壁为白色。竞赛场地的地板为黑色的光滑木制表面。地板可以有接口，但接合处平整并是同样的黑色。场地的平整度要求，只要机器人可以处理0.3cm的不连续区域就可以。竞赛场地模拟房间里整体地面是水平的，没有斜坡和楼梯。 房子中，所有的走廊和门口宽都不小于46cm。门口并没有门，在地面上用一条 2.5cm 宽的白线表示房间入口。 竞赛场地的地板是黑色的。 机器人将从示意图中一个标有“H”的正方形开始，代表起始位置。实际竞赛场地中代表起始位置的白色正方形是实心的，并不标记“H”。比赛开始由选手自行控制机器人转向，但机器人任何部位不得超出白色正方形。 代表起始的位置为30cm×30cm边长的白色正方形，正方形的对角线交点将设在46cm 走廊的纵向中心线上。 竞赛场地示意图中在代表起始位置的正方形左侧的墙壁没有标注缺口。竞赛场地这一部分墙壁可以移开，让参赛者比较方便地设置机器人。机器人也可以用一些装置来校正机器人在正方形中的位置。机器人必须在白色正方形中启动。一旦启动，它可以在比赛场地中向所希望的横向或纵向运动。 2、照明设备 竞赛场地周围将尽量使用冷光源，且光线强度适中、均匀。但最终照明等级在比赛时才能确定。 3、机器人 机器人的整体外形尺寸限制在30cm×30cm×30cm之内，包括机器人的触角、探测物及装饰物。 机器人的重量、制作材料、产品型号等不作限制。 4、传感器 在不违反其他规则和规范的情况下对传感器的型号没有限制。 5、电源 竞赛场地提供AC/220V/50HZ电源，供机器人充电，但不允许参赛选手的机器人使用外