浅谈机器人在线迷宫中的控制策略问题

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1、线迷宫如下图所示，存在一些直道、弯道、丁字路口、十字路口、死胡同等多种情况。在“左手法则”下，如何合理的处理每种道路情况，以让机器人能以最快时间或最短路程从起点走到终点，是我们探讨的主要内容。文中内容结合了自己在机器人开发中的一些体验，并重点参考了国外RichardT-Vannoy教授有关机器人控制材料而完成这篇文章的。好，下面就让我们进入机器人的迷宫世界吧。1、线迷宫简介1.1线迷宫的类型线迷宫从结构上看一般又可以分为赛道式和迷宫式，如下图所示：p1.0赛道式线迷宫p1.1迷宫式线迷宫赛道式由不同形状的曲线组合而成。这类迷宫的特点是，赛道连贯性强，岔

2、道少（或没有岔道），方便机器人对赛道的判断。但赛道方向不规则的变化也为机器人寻迹增加了很多难度。迷宫式则是由不同长度的直线组合而成。这类迷宫的特点是，赛道复杂、赛道岔道多、机器人运动路线不唯一。如何准确判断岔道类型，并作出合理判断，是走这类迷宫时机器人遇到的难题。从颜色看，线迷宫一般又可分为白底黑线和黑底白线两种类型（但鉴于很多赛道采用电胶带粘贴而成，所以白底黑线的情况较为多见）。但无论是哪种类型的线迷宫，都有一个共同特点就是：要有起点和终点。机器人从起点开始，沿着赛道前进，在终点停止。整个过程中，最快的速度或最短的时间是每位机器人设计者追求的目标，也

3、是迷宫机器人比赛的评判标准。1.2线迷宫的技术难点对于赛道式的线迷宫，技术难点在于如何让机器人在高速运动的状态下，能事先判断赛道变化趋势，以更好的沿着赛道运动；尤其是在弯道上，不会出现偏离或冲出赛道的情况。这里面除了赛道探测传感器的选用外，控制方法也是不可或缺的因素。现在国内的“飞思卡尔智能车比赛”重点考核的就是这个技术难点。对于迷宫式的线迷宫，机器人如何准确的判断赛道岔路类型，是技术难点。在这类线迷宫中，赛道岔道一般可以分为左转路口、右转路口、丁字路口、十字路口、前进或左转路口、前进或右转路口、死胡同、赛道终点等八种类型。还有些线迷宫带有封闭赛道，更

4、增添了机器人判断的难度。如何让机器人具备自我学习能力，能够发现并记住不能通行的岔道，以期使机器人在第二次穿越时，可以用最短的距离走完线迷宫，是机器人设计的难点。p1.2线迷宫机机器人可能遇到的八种情形p1.3带有封闭赛道的线迷宫我们这片文章就重点就这第二类迷宫式线迷宫做探讨。2、机器人控制策略2.1左手法则（LeftHandRule）·机器人执行左转的优先级高于直行或右转；·机器人执行直行的优先级高于右转；即机器人在线迷宫中，如果遇到“十字路口”（即有左转、直行和右转），机器人会左转；如果遇到“直行或右转路口”，机器人会直行；只有遇到“右转路口”，机器

5、人才右转。一句话就是，执行左手法则的机器人永远是沿着左侧走。如果线迷宫不存在向p1.3图所示的封闭赛道，都可以顺利的从起点走到终点。2.2右手法则（RightHandRule）·机器人执行右转的优先级高于直行或左转；·机器人执行直行的优先级高于左转；即机器人在线迷宫中，遇到右转路口，一定右转。如果遇到“十字路口”（即有左转、直行和右转），机器人会右转；如果遇到“直行或左转路口”，机器人会直行；只有遇到“左转路口”，机器人才左转。一句话就是，执行右手法则的机器人永远是沿着右侧走。2.3我们的选择很多初学者在机器人控制时，会为是选择“左手法则”还是选择“右

6、手法则”而矛盾。这没有任何关系！无论是左手法则还是右手法则都可以让你的机器人顺利的从起点走到终点，完成迷宫穿越。选用哪种方法纯粹是个人爱好问题。3、寻线传感器3.1寻线传感器类型这个小节我们介绍一下寻线传感器。可以说机器人的最终走迷宫效果如何，很大程度和寻线传感器有关系。机器人只有通过寻线传感器准确的判断了当前所处赛道的位置，机器人控制机构才可以根据赛道状况做出准确的反应。寻线传感器模块是多个传感器阵列。从组合方式上主要有两种类型：一字型和八字型（具体看下图所示）。八字形和一字型相比较，前部突出的传感器，让机器人具有了预判断功能。（如果赛道具有丁字路口

7、、十字路口，八字型寻线传感器模块将会使机器人判断工作变得简单）p3.1八字型寻线传感器p3.2一字型寻线传感器从数量上来说，有3个、4个、5个，乃至更多传感器组合。一般说，3个的寻线传感器适合做赛道式线迷宫寻线（如图p1.0），不适合迷宫式寻线场合；传感器数量多于3个时，则可以做迷宫式寻线。数量越多越便于机器人对线路做出预判（这也是为什么我们在看飞思卡尔智能车比赛时，很多小车前头都加了长长一排的寻线传感器，十多个之多的原因）。从输出信号类型分类，又有模拟信号输出传感器模组和开关量输出传感器模组。这些由于对我们后续的介绍没有太大关系，就不多做分析（当然在

8、我们实际控制上，开关量传感器模组相对简单一些。传感器信号直接送给单片机IO即可；如果是模拟量输