“电脑鼠”迷宫平台及支架设计

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  【摘 要】“电脑鼠”迷宫竞赛是当前比较流行的一种人工智能竞赛,作为竞赛所用的组件之一,迷宫平台的设计显得尤为重要。其性能的好壞直接影响到“电脑鼠”能否顺畅、准确的到达终点。当前的迷宫平台大多采用塑料或五合板材质,其缺点在于强度稍差,长时间使用容易变形,并且在拼装过程中,接缝不容易控制。本文创造性的采用高密度板作为基础材质,并设计相应的拼装结构,可任意组合成8×8、16×16等流行的迷宫平台样式。平台整体符合IEEE标准相应的技术要求,并具有容易拆装、便携性好等优点。
  【关键词】电脑鼠;迷宫平台;高密度板;支架
  1、引言
  “电脑鼠”(MicroMouse),是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置(微型机器人),电脑鼠可以在不同“迷宫”中自动记忆和选择路径,采用相应的算法,快速地达到所设定的目的地。
  国际电气和电子工程学会(IEEE)每年都要举办一次国际性的电脑鼠走迷宫竞赛,自举办以来参加国踊跃,为此许多大学还开设了“电脑鼠原理和制作”选修课程。真正的首场电脑鼠迷宫竞赛于1979年在纽约举行。1991年以来,每年都有世界级的比赛。
  依照比赛规则,当电脑鼠放入起点,按下启动键之后,它就必须自行决定搜寻法则并且在迷宫中前进、转弯、记忆迷宫墙壁资料、计算最短路径、搜寻终点等功能。电脑鼠迷宫竞赛结合了机械、电机、电子、控制、光学、程序设计和人工智能等多方面的科技知识。
  最新的电脑鼠比赛规则是2006 年国际电工和电子工程学会(IEEE)制定的电脑鼠走迷宫竞赛规则,这个规则将会对我们制作电脑鼠具体方案的设计提供依据。
  2、迷宫平台及支架设计
  当前标准的电脑鼠比赛标准迷宫平台存在重量大、体积大、携带不灵活等劣势,为了改变这一现状,本文设计、制作出了完全符合IEEE 国际标准,但重量轻、拆卸后体积小、携带便捷的电脑鼠迷宫。其相应的技术指标要求如表一所示。为了便于应用整体分为2部分:迷宫平台及支架。
  表一迷宫IEEE 国际标准
  2.1迷宫平台设计
  1、迷宫材料选用
  材料选用高密度板(HDF)[1],高密度纤维板(HDF)是以木质纤维或其他植物纤维为原料,施加脲醛树脂或其他适用的胶粘剂,通过热压压制成密度在750~930kg/m3的人造板材,是各种人造板中各项性能最优良的一种板材。它具有紧密而光滑的表面,结构均匀的芯层,板材的表面和边部同时具有良好的机械加工、成型加工性能。本文选用的高密度纤维板相应的技术指标如表一、表二所示[2]。
  综合高密度板以上几何及物理力学性能,迷宫材料设计符合IEEE 国际标准。
  2、接缝结构设计
  按照要求迷宫平台设计结构如图1所示。此种拼缝具有拆装简单、接缝紧密等特点,且接缝符合相应的迷宫平台技术要求。
  根据要求做成尺寸为1212×137×15mm的板材,由此可知,整体平台的重量在9×104×1.5×0.9g=121.5kg。结合结构设计,平台整体符合便携及拆卸方便要求。
  2.2、支架设计及安装
  支架结构及尺寸设计如图2所示。
  材料使用6063铝合金,其尺寸为方管()、圆管()屈服强度σ0.2为110MPa,弹性模量为70GPa,力学校核[3]结果如下:
  F=mg=121.5×9.8=1190.7N
  σ=F/A=1190.7/(9×π×(0.0252-0.02352))=595350Pa<110MPa
  ξ=σ/E=595350/(70×109)=8.5×10-6
  Δl=ξ×l=200×8.5×10-6=0.001mm
  结果完全符合使用要求。
  综上所述,设计的迷宫平台及支架完全符合使用要求,并且据可查资料,此种迷宫在国内未见相同设计。
  参考文献:
  [1] 刘恩永 高密度纤维板加工工艺技术大全M 北京:中国林业出版社 2013
  [2] 徐剑莹 高密度纤维板生产工艺的初步研究J 中南林业学院学报 1999 19(1)
  [3] 梁建术 赵明洁 工程力学M 北京:电子工业出版社 2008
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