電腦鼠的前世今生

電腦鼠是使用嵌入式微控制器、傳感器和機電運動部件構成的一種智能行走裝置（微型機器人），電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動記憶和選擇路徑，采用相應的算法，快速地達到所設定的目的地。1972年由美國機械雜志發(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，在復雜迷宮中具有譯碼和導航的功能。真正的首場電腦鼠迷宮競賽于1979年于紐約舉行，從1991年以來，每年都有世界級的比賽。由于該項比賽受到了各國高等學府的熱烈歡迎，許多大學還因此特別開設了“電腦鼠原理和制作”選修課程。2007年和2008年，上海市計算機學會率先在國內(nèi)主辦了兩次IEEE標準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。

電腦鼠是具有機電知識整合的基本架構，要在指定的迷宮中比賽，在迷宮中探索以找出通往終點的路徑，并隨時掌握自身的位置信息，準確獲取墻壁信息并做記錄，最終依靠記憶找出走出迷宮的最佳路徑，以最短的時間解開迷宮，贏得比賽。一只優(yōu)秀的電腦鼠必須具備良好的感知能力，有良好行走能力，優(yōu)秀的智能算法和強健體魄。一只完整的電腦鼠可大體分為以下五個部分：

1．    傳感器
傳感器是電腦鼠感知外界環(huán)境的窗口，是電腦鼠的雙眼。好的傳感器是電腦鼠準確獲取外部環(huán)境信息以做出正確判斷的依據(jù)，是電腦鼠靈敏快捷的保證。紅外測距方式在電腦鼠上應用最廣。電腦鼠不但要求測距傳感器能夠準確測量，對測量速度也有較高要求，而且必須能夠抗干擾。此外加速度計和角度傳感器等也越來越多的在電腦鼠上使用。

2．    執(zhí)行部件
電機是電腦鼠的動力源，是電腦鼠的四肢。只有具備健壯且靈活的四肢的電腦鼠才有可能在比賽中高效的解開迷宮。電機不但要能輸出足夠的馬力還要便于控制，在此基礎上再配以合適的控制算法就能使電腦鼠快速而精確的行走。電腦鼠中常用的是步進電機和直流電機。步進電機控制容易，但直流電機使電腦鼠控制更加靈敏。優(yōu)秀的電機配上合適的減速和速度反饋裝置使電腦鼠控制精度更高，更加靈敏。

3．    微處理器
微處理器是電腦鼠的核心部分，是電腦鼠的大腦。幾乎所有的信息，包括墻壁信息，位置信息，角度信息和電機狀態(tài)信息等都需要經(jīng)過微處理器處理并做出相應的判斷。所有的數(shù)據(jù)分析，算法實現(xiàn)和執(zhí)行指令的發(fā)出等都需要由微處理器來完成。由于需要實時控制以保證電腦鼠的速度和靈敏度就必須要求處理器有足夠快的中斷處理能力和運算能力，另外還需要有足夠的數(shù)據(jù)和代碼存儲空間。

4．    機械結構
電腦鼠要能夠在迷宮里面靈活穿梭，必須有一副好身板，有適合在迷宮中快速運行的身體結構。首先他必須結實，擁有兩只東倒西歪的輪子的電腦鼠是很難不在迷宮中碰壁的。在IEEE競賽標準中就有規(guī)定電腦鼠長寬。事實上，身材嬌小的電腦鼠在迷宮里是會更靈活的，它有更大的空間用于完成轉(zhuǎn)彎，有更大的空間用于糾正姿勢。另外體重太大和沒有平衡感的老鼠也是不適宜迷宮競賽的?；谌绱硕嗟目紤]，一只學富五車而又嬌小玲瓏的電腦鼠需要我們從機械上面有更多創(chuàng)新。

5．    算法
算法是電腦鼠的靈魂。電腦鼠必須采用一定的算法才能找到終點，才能找到一條最短的路徑，在最短的時間內(nèi)到達終點。算法的效率決定了解迷宮的效率。優(yōu)良的電機控制算法能讓電腦鼠走得更快更平穩(wěn)，降低微處理器負荷。