智能微型小车及迷宫搜索控制策略的设计

智能微型小车及迷宫搜索控制策略的设计

0pu系统的原理能自动识别迷宫的智能小型车辆设计方法（或智能微龟、智能微鼠），包括传感器技术、电路设计、电机控制、微型计算机原理、程序控制和简单的机械原理。自pmu，尤其是嵌入式系统出现以来，智能微电车和迷宫搜索控制策略的设计方法一直是许多先进国家培养计算机和控制学生的主题。事实上，这是现代移动机器人和泰空车的原始原型。从本质上讲，整个系统的设计都在识别和逃离迷宫，即搜索和控制策略迷宫。在普通的迷宫中，迷宫的形状是三维的，并且道路两侧都有绝缘块。为了简化迷宫的结构，在这项工作中，该模型被设计成一个平面模型，黑色条纹代表道路，其他空间由白色表示，称为平面迷宫。这不仅简化了迷宫的结构，而且增加了识别和控制的难度，促进了实践问题的解决。1迷宫的道路特征和识别方法1.1道路模型的建立可以把平面型迷宫分解成一个个的道路单元,它们是:直行道、左弯道、右弯道、T型路口、十字路口,将它们进行任意组合,即可构成任意复杂的迷宫图案.图1为十字路口的道路模型.其中M、N、O、P为通路,r为进出路口的白色标志,M、N、O各自延伸可抵达另一路口,P通路右侧二白二黑线条作为迷宫出口标志.路面宽d1由实际制作的小车确定,当红外探测器安装于相对道路内侧时,d1略大于小车宽度,当红外探测器安装于相对道路外侧时,d1略小于小车宽度.本文假定红外探测器安装于相对道路内侧.进出路口的白色标志宽度d2根据红外探测器照射于路面的光点大小确定,应大于或略大于光点.d3、d4同理.t1和t2的意义在下文说明.1.2红外反射探测器在立体型迷宫中,由于路侧有挡板作为障碍物,迷宫道路的识别可以借助于轻触开关、红外反射探测器或超声探测器实现.显然在平面型迷宫中只能靠路面对红外反射来寻找路径.前者可以有较远的视距,后者因视距极短而患有高度近视症,在进出路口的搜索过程中会增加控制的困难.2路径搜索策略迷宫的搜索策略可以简单描述为:进入一路口,搜索并选择一路径往前走,若此路不通则返回选择另一未走过路径往前走,如此反复直至找到迷宫出口标志.实施这种搜索策略可以采用三种方法:2.1遍历仿真持续运行这种方法是把小车经过的每条路径和在每个路口搜索到的所有出口映射到内存中,给可能存在而未被经历过的通路作上标记,供前一路径不通返回后选择.如此在小车所经过的地方将在内存中留下一张图,这张图记录了行走过的已知的路径和未行走过的可能存在的路径.该方法的优点是内存直接反映客观真实,当需要遍历迷宫时也可实现;缺点是需要对内存进行平面化组织和占用大量内存,迷宫复杂时尤其突出.2.2基于高效执行的路径模式这种方法将小车经过的每个路口和搜索到的所有出口路径进行编码,再给可能存在而未被经历过的通路作上标记,按小车经历的先后顺序存放在内存,供前一路径不通返回后选择.该方法的优点是用少量内存即可记忆迷宫,需要时也可遍历迷宫;缺点是寻找节点和路径时需要进行一些换算.2.3模式2:路径遍历+数据链+固定左转+右转迷宫的出口一般在迷宫外侧,因此只要在小车经过的每个路口固定的选择向左转或固定的向右转,如前路不通则掉头仍按固定的转法一直走下去,即可找到迷宫出口(证明略).显然这种方法不需对小车经历作任何记忆,缺点是不记忆就没有办法遍历迷宫.上述三种策略相比各有优缺点,相对而言路径编码方法由于采取了路径遍历方法,因此可以适用于各种特殊情况.同时路径编码方法容易采用数据链方式实现,这是它相对直接地图映射法的优点所在.而固定左转或固定右转的方法只适用于正规迷宫的识别,但是搜索策略相对最为简单、可靠,因此本文将采取该策略实现搜索.3检测到白区时图1十字路口模型包含了迷宫道路的全部特征,其它的直行道、左弯道、右弯道、T型路口只是该图的子集.因此只要具有对该图的搜索识别能力,即可控制小车走出迷宫.下面是用固定的左转弯法实现搜索控制策略的几个主要程序框图.假定小车使用二个红外探测器,安装在小车两侧,相对于路面黑白边界的黑色路面.图2、图3、图4为主程序框图,图5为搜索定时中断程序框图.图2中框图A段为小车行进在直行道上,根据红外探测器随时调整车身姿态,使之不偏离路面.当检测到白区时,有可能是如下三种情况之一:前方没路;进入一个路口;找到迷宫出口.因此下面必须进行搜索并作出判断:框图B段首先根据车速置定时器时间t1(参见图1),在t1时间内程序检测黑白区情况并作记录(标志1),在t1时间终了时,定时器产生定时中断退出B段死循环,进入图3框图C段,程序根据检测结果:或转弯180度返回——前方没路;或刹车终止——找到迷宫出口;或左转90度前进——进入一个路口并试图寻找左侧出口.接着程序进入框图D段,D段功能与A段相同,直至检到白区,此时有可能是下述三种情况之一:第一种情况是左弯后没有通路(记住小车是高度近视的)——为左边没有路的T形路口或右弯道,必须转180度掉头回到路口中心,程序返回到C段a点,以后再作一次左转弯寻找通路;第二种情况是找到迷宫出口,程序控制停车;第三种情况是左弯后有通路,程序返回到A段c点,继续寻找下一个路口.完成上述功能的搜索过程由E段程序完成,识别过程由图4的程序完成,仍由定时器产生中断的方法退出搜索循环.小车在进入一个路口和走出一个路口的情况是不同的.因而虽然搜索方法相同,搜索结果却有不同的含义而需要作分别处理.在用同一定时器作定时时,就必须区分不同的情况强迫中断后转向相应的处理程序,这种区分由标志2和替换栈顶地址完成.见图5.图2主程序框图中,给f和s点分别插入提速和减速控制,可实现小车在进入每个路口时以慢速度行驶,离开每个路口时以快速度行驶.4智能仿真搜索实现迷宫搜索的方法有多种,即使用固定左转的方法,上述的程序也不是唯一的设计.实际应用中发现,对于平面型迷宫,由于道路两侧没有设置隔板,转弯角度的控制精度便显得尤为重要.太大的转角误差会使小车在出口迷失方向.造成转角误差有二个主要因素:(1)电源电压产生变化;(2)路面粗糙度不够或车轮的抓着力差造成打滑.这二个因素常造成不可预见的误差.实际上只要转角误差控制在45度以内,就可以增加程序中的控制功能使小车左右移动以寻找正确的出口,随后利用道路中车身姿态调整功能校正方向,避免将误差带入下一个路口形成误差的累积.解决上述问题后,小车可以在任意复杂的迷宫(出入口均在迷宫外侧)中找到正确出口.智能小车及迷宫搜索的程序设计是一个有趣和可以