迷宫机器人系统设计与搜索算法研究

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本文根据迷宫机器人走迷宫的实际特点,重点设计了迷宫机器人的机械机构、传感器系统和控制系统等部分,并对机器人走迷宫的一些算法进行了研究。 首先设计了迷宫机器人的机械结构,采用前轮为万向轮,后两轮单独驱动的三轮式结构,其控制简单,运动灵活,能够方便地实现前进、后退、转弯等动作;其次设计了迷宫机器人的传感器系统,迷宫机器人具有三个红外和三个黑标传感器,能对迷宫的立体环境进行检测,三个红外传感器分别对机器人左前右三个方向的迷宫壁进行检测,而黑标传感器则用来检测迷宫地面白线以判断是否到了一个新的迷宫格,并且相互配合进行终点检测和机器人姿态的调整,以防止机器人在迷宫中迷路;再次设计了基于AVR(ATmega16L)微处理器的控制系统硬件部分,主要包括PWM功率驱动模块,串行通讯模块以及微处理器模块和电源模块等。 同时把一些经典的盲目搜索算法应用于迷宫问题的求解,如深度优先算法和广度优先算法,并对两种算法进行了计算机仿真,给出了各自的优缺点。根据蚁群混合算法的原理,在蚁群算法的基础上提出了双蚁群算法:即把蚁群分成两部分,种群一按深度优先算法搜索路径,并把得到的最优路径信息提供给蚁群二,蚁群二按照蚁群算法搜索路径,并根据两个种群的最优路径信息修改信息素浓度分布,双蚁群算法克服了普通蚁群算法收敛速度慢、易停滞等问题,实验证明了该算法在求解迷宫问题上的有效性。 迷宫机器人走迷宫时只能利用局部信息,而且处理器的速度和空间有一定的限制,其目的是找到一条从入口到出口的通路,所以在分析了以上各种算法的优缺点之后,采用带回溯的深度优先算法走迷宫,文中给出了机器人走迷宫的详细过程,包括控制策略选择,路线修正、数据存储以及终点检测等,实现了机器人在无人干预下自主走迷宫的过程。
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