本書為中英雙語版,以天津啟誠偉業(yè)科技有限公司提供的TQD-Micromouse-JQ 智能鼠為載體,是智能微型運動裝置(Micromouse)技術(shù)與應(yīng)用系列叢書的初級篇。本書以真實工程項目為背景,通過基礎(chǔ)知識篇、綜合實踐篇、競賽創(chuàng)新篇和拓展應(yīng)用篇四篇講述了智能鼠的發(fā)展、硬件、開發(fā)環(huán)境、功能調(diào)試;智能鼠的交互控制、姿態(tài)控制;智能鼠算法解析、高級功能;智能鼠技術(shù)應(yīng)用擴展等。同時,本書附錄提供了國際Micromouse 走迷宮競賽相關(guān)知識、智能鼠器件清單、智能鼠迷宮圖庫、專業(yè)詞匯中英文對照表、國際實訓(xùn)課程標準等豐富資源。本書在重要的知識點、能力點和素養(yǎng)點上,配有豐富的視頻、圖片、文本等資源,學(xué)習(xí)者可以通過掃描書中二維碼獲取相關(guān)信息。
本書為中英雙語版智能微型運動裝置(Micromouse)技術(shù)與應(yīng)用系列叢書,魯班工坊智能鼠配套系列教材,本書遵循遞進原則,從玩轉(zhuǎn)到掌握,再到精通,豐富學(xué)習(xí)者的工程實踐知識和技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗,拓展學(xué)習(xí)者的專業(yè)視野,內(nèi)化形成良好的職業(yè)素養(yǎng),提升學(xué)習(xí)者的實踐創(chuàng)新能力。本書所選案例均來自真實的工程項目,編者均來自國內(nèi)長期從事智能鼠研究與開發(fā)、國際智能鼠走迷宮競賽獲獎的院校和企業(yè)。
智能鼠,英文名為 Micromouse,是使用嵌入式微控制器、傳感器和
機電運動部件構(gòu)成的一種智能微型運動裝置(嵌入式微型機器人),智能鼠
可以在不同迷宮中自動記憶和選擇路徑,采用相應(yīng)的算法,快速到達所
設(shè)定的目的地。智能鼠走迷宮競賽結(jié)合了機電一體化、控制論、光學(xué)、程序
設(shè)計和人工智能等多方面的科技知識。
四十多年來,電氣電子工程師學(xué)會(IEEE)每年舉辦一次國際性的智能
鼠走迷宮競賽,自舉辦以來各國踴躍參加,尤其是美國和歐洲國家的高校學(xué)
生,為此有些大學(xué)還特別開設(shè)了智能鼠原理與制作的選修課程。中國從
2007年開始在上海長三角地區(qū)舉行小規(guī)模嘗試性比賽。2009年,天津啟誠偉
業(yè)科技有限公司將這項國際賽事引進天津,以工程實踐創(chuàng)新項目教學(xué)模式,
對智能鼠走迷宮競賽進行本土化創(chuàng)新改革,對于后期智能鼠競賽的開展和走
進課堂、融入教學(xué)起到關(guān)鍵性的作用。經(jīng)過多年的蛻變與優(yōu)化,智能鼠
已經(jīng)成為集職業(yè)性、綜合性、先進性、趣味性于一體的創(chuàng)新實踐教育平
臺,在推動課程改革、提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的工程實踐創(chuàng)新能力等方
面發(fā)揮了重要的作用。
為了將智能鼠的成果進一步推廣應(yīng)用,我們編寫了適用于職業(yè)院校和高
等院校的《智能鼠原理與制作》(初級篇)教材。本書以天津啟誠偉業(yè)科技
有限公司提供的 TQD-Micromouse-JQ智能鼠為載體,由淺及深、由易到難地
進行實踐教學(xué)。
本書遵循遞進原則,從玩轉(zhuǎn)到掌握,再到精通,豐富學(xué)習(xí)
者的工程實踐知識和技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗,拓展學(xué)習(xí)者的專業(yè)視野,內(nèi)化形成良好
的職業(yè)素養(yǎng),提升學(xué)習(xí)者的實踐創(chuàng)新能力。本書所選案例均來自真實的工程
項目,編者均來自國內(nèi)長期從事智能鼠研究與開發(fā)、國際智能鼠走迷宮競賽
獲獎的院校和企業(yè)。
本書在重要的知識點、能力點和素養(yǎng)點上,配有豐富視頻、圖片、文本
等資源,學(xué)習(xí)者可以通過掃描書中二維碼獲取相關(guān)信息。本書編著者長期的
國際化教學(xué)活動積淀,使得本書成為推進國際化人才培養(yǎng)實踐的教學(xué)載體,
智能微型運動裝置(Micromouse)技術(shù)與應(yīng)用系列叢書是天津市一帶一路聯(lián)合實驗室(研究中心)天津中德柬埔寨智能運動裝置與互聯(lián)通信技術(shù)推廣中
心研究成果,同時也是工程實踐創(chuàng)新項目(EPIP)教學(xué)模式規(guī)劃教材。本書可以作為
職業(yè)院校和高等院校相應(yīng)專業(yè)的綜合與創(chuàng)新實踐教學(xué)的指導(dǎo)用書;還可作為相關(guān)工程
技術(shù)人員培訓(xùn)用書及智能鼠愛好者參考用書。
在本書附錄中提供了智能鼠原理與制作(適用于中等職業(yè)教育)國際實訓(xùn)課程
標準,60學(xué)時教學(xué)內(nèi)容,課程設(shè)計與實施采用理實一體的方式,以動腦動手相結(jié)合,整
體貫穿技術(shù)技能訓(xùn)練,為職業(yè)道德素養(yǎng)內(nèi)化形成服務(wù)。本課程內(nèi)容與多個國家的魯班
工坊建設(shè)項目高度融合,服務(wù)一帶一路倡議,推廣中國職業(yè)教育標準,為一帶
一路沿線國家提供豐富實踐教學(xué)資源,服務(wù)各地技術(shù)技能人才培養(yǎng)。
本書由天津大學(xué)教授王超,南開大學(xué)副教授高藝,啟誠智能鼠創(chuàng)始人、天津啟誠
偉業(yè)科技有限公司總經(jīng)理宋立紅編著。英文部分由天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學(xué)校一
級教師王曉芹,天津啟誠偉業(yè)科技有限公司總經(jīng)理助理嚴靖怡,天津機電職業(yè)技術(shù)學(xué)
院講師周蘩雨編譯。天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學(xué)校高級教師李鑫,天津市東麗區(qū)職
業(yè)教育中心學(xué)校高級教師劉學(xué)文,天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學(xué)校高級教師董慶林,
天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學(xué)校一級教師李軍,天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學(xué)校一
級教師張宏戍,南開大學(xué)電子信息與光學(xué)工程學(xué)院實驗師李曉晨參與了本書編寫和翻
譯工作。國際專家美國麻省理工學(xué)院教授David Otten和英國伯明翰城市大學(xué)教授Peter
Harrison、葡萄牙TRAS-OS-蒙特斯與奧拓杜羅大學(xué)教授António Valente參與本書英文內(nèi)
容的譯審,并專為本書寫了賀信。本書在編寫過程中得到了天津大學(xué)、南開大學(xué)、天
津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學(xué)校、天津輕工業(yè)學(xué)校、天津經(jīng)濟貿(mào)易學(xué)校、美國麻省
理工學(xué)院、英國伯明翰城市大學(xué)和葡萄牙TRAS-OS-蒙特斯與奧拓杜羅大學(xué)等相關(guān)院校
教授、專家的大力支持。天津啟誠偉業(yè)科技有限公司陳立考、邱建國、宋姍為本書出
版提供了企業(yè)實際工程案例、二維碼視頻、PPT等課程資源。衷心感謝天津市教育委員
會、中國鐵道出版社有限公司、天津啟誠偉業(yè)科技有限公司對本教學(xué)資源開發(fā)提供的
指導(dǎo)與幫助。本書由天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學(xué)校贊助編譯,中國鐵道出版社有限
公司支持出版,并通過魯班工坊在一帶一路沿線國家使用。
限于編著者的經(jīng)驗、水平以及時間,書中難免存在不妥和缺漏,敬請專家、廣大
讀者批評指正。
編著者
2020年8月
王超,天津大學(xué)電氣自動化與信息工程學(xué)院教授,天津市青年科技獎獲得者,入選教育部新世紀優(yōu)秀人才,2017年獲天津市科技進步二等獎。教育部自動化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會委員,2018年獲天津市教學(xué)成果一等獎,2016年獲中國自動化學(xué)會高等教育教學(xué)成果獎二等獎;2017年指導(dǎo)的博士生獲中國儀器儀表學(xué)會全國優(yōu)博論文。自2010起,將智能鼠作為重要的實踐教學(xué)載體,指導(dǎo)學(xué)生參加競賽,多次獲得天津市大學(xué)生電腦鼠走迷宮競賽第1名,2018年,在第33屆APEC國際電腦鼠大賽中,天津大學(xué)的2支隊伍包攬冠亞軍。高藝,南開大學(xué)電子信息工程學(xué)院碩士生導(dǎo)師,電子信息實驗教學(xué)中心副主任,天津市單片機學(xué)會青年骨干工作委員會副主任,多項天津市大學(xué)生競賽及職業(yè)技能競賽裁判組成員。主要研究方向是:無人機系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能控制與檢測。先后參與多項國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目、天津市科技支撐計劃重點項目以及橫向科研項目。發(fā)表相關(guān)科研及教改論文16篇,其中多篇被EI檢索。在工作期間,作為指導(dǎo)教師帶學(xué)生組隊參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、天津市電子設(shè)計競賽、天津市物聯(lián)網(wǎng)競賽、天津市大學(xué)生IEEE電腦鼠競賽、APCE國際電腦鼠競賽、全國機器人大賽等多種學(xué)生競賽,并屢次佳績。宋立紅,天津啟誠偉業(yè)科技有限公司總經(jīng)理,啟誠智能鼠創(chuàng)始人。畢業(yè)于南開大學(xué),自2006年開始從事科研、教學(xué)、新型教儀裝備的研發(fā)、設(shè)計、推廣、服務(wù)工作。40余次贊助支持啟誠杯大學(xué)生智能鼠走迷宮學(xué)科競賽和職業(yè)院校學(xué)生技能大賽智能鼠賽項。親自帶領(lǐng)啟誠技術(shù)團隊,研發(fā)設(shè)計擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的TQD教學(xué)競賽科研機器人平臺,先后取得和天津市科委科技立項基金5項,計算機軟件著作權(quán)8項,實用新型專利8項。公開發(fā)表智能鼠專題國際論文5篇。2016年開始,積極致力于 魯班工坊國際項目技術(shù)支撐服務(wù)工作,先后在泰國、印度、印尼、巴基斯坦、柬埔寨等海外將TQD系列智能鼠教育平臺與世界共享,服務(wù)國家一帶一路倡議。
篇 基礎(chǔ)知識篇............................................................................001
項目一 智能鼠的發(fā)展歷程 ........................................................................ 003
任務(wù)一 智能鼠的起源 ............................................................................ 003
任務(wù)二 智能鼠的競賽與調(diào)試環(huán)境 ........................................................ 009
項目二 智能鼠的硬件結(jié)構(gòu) ........................................................................ 012
任務(wù)一 智能鼠的組成 ............................................................................ 012
任務(wù)二 智能鼠大腦的結(jié)構(gòu) .................................................................... 014
項目三 智能鼠的開發(fā)環(huán)境 ........................................................................ 016
任務(wù)一 Arduino軟件開發(fā)環(huán)境 ............................................................... 016
任務(wù)二 智能鼠的邏輯思維方式 ............................................................ 019
項目四 智能鼠的基礎(chǔ)功能調(diào)試 ................................................................ 024
任務(wù)一 智能鼠的眼睛看世界 ...........