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,學習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,豐富學習者的工程實踐知識和技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗,拓展學習者的專業(yè)視野,內(nèi)化形成良好的職業(yè)素養(yǎng),提升學習者的實踐創(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、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
生,為此有些大學還特別開設(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、提高教學質(zhì)量、培養(yǎng)學習者的工程實踐創(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。
本書遵循遞進原則,從玩轉(zhuǎn)到掌握,再到精通,豐富學習
者的工程實踐知識和技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗,拓展學習者的專業(yè)視野,內(nèi)化形成良好
的職業(yè)素養(yǎng),提升學習者的實踐創(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,學習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)新實踐教學的指導用書;還可作為相關(guān)工程
技術(shù)人員培訓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)國際實訓課程
標準,60學時教學內(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資源,服務(wù)各地技術(shù)技能人才培養(yǎng)。
本書由天津大學教授王超,南開大學副教授高藝,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
院講師周蘩雨編譯。天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學校高級教師李鑫,天津市東麗區(qū)職
業(yè)教育中心學校高級教師劉學文,天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學校高級教師董慶林,
天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學校一級教師李軍,天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學校一
級教師張宏戍,南開大學電子信息與光學工程學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院教授David Otten和英國伯明翰城市大學教授Peter
Harrison、葡萄牙TRAS-OS-蒙特斯與奧拓杜羅大學教授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、南開大學、天
津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學校、天津輕工業(yè)學校、天津經(jīng)濟貿(mào)易學校、美國麻省
理工學院、英國伯明翰城市大學和葡萄牙TRAS-OS-蒙特斯與奧拓杜羅大學等相關(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資源開發(fā)提供的
指導與幫助。本書由天津市東麗區(qū)職業(yè)教育中心學校贊助編譯,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,天津大學電氣自動化與信息工程學院教授,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)教學指導委員會委員,2018年獲天津市教學成果一等獎,2016年獲中國自動化學會高等教育教學成果獎二等獎;2017年指導的博士生獲中國儀器儀表學會全國優(yōu)博論文。自2010起,將智能鼠作為重要的實踐教學載體,指導學生參加競賽,多次獲得天津市大學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,天津大學的2支隊伍包攬冠亞軍。高藝,南開大學電子信息工程學院碩士生導師,電子信息實驗教學中心副主任,天津市單片機學會青年骨干工作委員會副主任,多項天津市大學生競賽及職業(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,作為指導教師帶學生組隊參加全國大學生電子設(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,自2006年開始從事科研、教學、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生智能鼠走迷宮學科競賽和職業(yè)院校學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 ...........