日本微鼠標(biāo)迷宮賽

 日本微鼠標(biāo)迷宮賽

該 比賽是以小型的自主型智能機(jī)械人(又稱微鼠標(biāo))進(jìn)行迷宮賽走，微鼠標(biāo)需要自主地由迷宮的起點走到迷宮中央的終點區(qū)，并盡量爭取最短的路線和最快的時間完 成。微鼠標(biāo)比賽在日本機(jī)械人賽事中已有一段悠久的歷史，首次全日本微鼠標(biāo)大會早在1980年已舉行，今年第25屆微鼠標(biāo)大會亦在較早前完滿結(jié)束。

比賽方式

比賽時，迷宮賽走計時以起點區(qū)和終點區(qū)的紅外線傳感器作準(zhǔn)。微鼠標(biāo)由起點區(qū)出發(fā)并開始計時；首次到達(dá)終點區(qū)后停止計時亦作為該次賽走成績。選手可以選擇繼續(xù)探索迷宮或下一輪的賽走。經(jīng)五次迷宮賽走后以最好的一次作為排名。

標(biāo)準(zhǔn)迷宮場規(guī)格

迷 宮由256區(qū)域的正方形組成，縱橫各16區(qū)域，每個區(qū)域為18cm×18cm。起點位于迷宮的角落占一個區(qū)域大小，迷宮中央的終點區(qū)占四個區(qū)域。迷宮場整 體面積為3m×3m，地板為無光澤的黑色涂層，間隔墻壁高度為5cm，厚1.2cm并涂上白色。起點區(qū)和終點區(qū)設(shè)有紅外線傳感器作計時之用。迷宮的布置會 直到正式比賽才會公開。

微鼠標(biāo)設(shè)置守則

1. 微鼠標(biāo)必須是以電推動及自主式機(jī)械人。
2. 比賽開始后選手不得對微鼠標(biāo)的硬件及軟件進(jìn)行修改。
3. 微鼠標(biāo)不可在迷宮內(nèi)放置實體或留下記號。 
4. 微鼠標(biāo)不可跳過或攀登迷宮的墻、損壞賽場。
5. 微鼠標(biāo)的投影大小需在邊長25cm的正方形之內(nèi)，但沒有高度的限制。
6. 比賽期間微鼠標(biāo)的大小仍需在只定尺寸內(nèi)。

比賽組?

微鼠標(biāo)大會分為專家級和入門級兩個組別，兩個組別是采用不同的賽場。專家級微鼠標(biāo)比賽是選手渴望踏足的領(lǐng)域，分為預(yù)選和決賽兩階段，預(yù)選任務(wù)時間為七分鐘，決賽則為五分鐘，每隊有五次迷宮賽走機(jī)會。專家級選手有來自日本的優(yōu)秀隊伍，而海外有實力的人士亦會被邀請參加。
入門級微鼠標(biāo)比賽對象主要是學(xué)生或初學(xué)者。與專家級相比，迷宮路徑復(fù)雜度較低外，賽場面積亦只有標(biāo)準(zhǔn)迷宮場的四分之一，以增加選手完賽事的機(jī)率。其任務(wù)時間由去年的十分鐘縮短至七分鐘，迷宮賽走有五次機(jī)會。

馬達(dá)類型

在微鼠標(biāo)賽中采用的馬達(dá)類型主要可區(qū)分為步進(jìn)馬達(dá)和DC馬達(dá)。

步進(jìn)馬達(dá)

步進(jìn)馬達(dá)是透過給予脈沖信號來控制，可以決定馬達(dá)轉(zhuǎn)向的角度大小。因此，可較易掌握車子的位置和所需的轉(zhuǎn)向幅度，但缺點是速度難以提升。

DC馬達(dá)

DC馬達(dá)有著轉(zhuǎn)速高和小巧的優(yōu)勢，但控制方面難度較高。因為無法直接知道馬達(dá)轉(zhuǎn)了多少，而難以確認(rèn)車體位置。據(jù)了解大多數(shù)的微鼠標(biāo)的入門者都會采用步進(jìn)馬達(dá)，專家級的則采用DC馬達(dá)較多。

微鼠標(biāo)基本傳感裝備

設(shè)計微鼠標(biāo)，參賽者都會有自己的獨特見解，但也會有一套技術(shù)指針或指定裝置，雖不是硬性遵守，卻是增加勝算的不可缺裝備。

超聲波測距傳感器

超聲波測距傳感器和是走迷宮的基本裝備，根據(jù)傳感器接受到的信號，機(jī)械人可以作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整避開障礙物。超聲波測距傳感器的工作原理是發(fā)射超聲波，并檢測反射回波接收后的時差來測量距離。

紅外線避障傳感器

紅外線避障傳感器都休是走迷宮的基本裝備，它是以發(fā)射紅外線及接收反射回來的信號強(qiáng)度來測量距離。跟超聲波測距傳感器相同，兩者都是非接觸式的測量工具，一般也是安裝在微鼠標(biāo)正前方及左右兩則。

碰撞傳感器

使用碰撞傳感器作為回避障礙物是最簡單直接的，只要傳感器被擠壓或沖擊就會將數(shù)字信號傳送到微鼠標(biāo)的主控板以執(zhí)行對應(yīng)指令。但由于需要直接碰撞微鼠標(biāo)才可作出反應(yīng)，這會影響路線識別的表現(xiàn)，亦大大降了行車速度。

專家組冠亞季軍介紹

今屆東日本區(qū)的專家級微鼠標(biāo)賽，共38隊參加，能夠完成賽事的有25隊，結(jié)果較上屆共45隊參賽隊伍卻只有23隊能夠完成的成績好。

今 屆微鼠標(biāo)比賽冠軍得主是井藤先生制造的「Silf-NS3」。在第一次賽走中，「Silf-NS3」來到分歧路段和轉(zhuǎn)角位時，都會稍為停頓然后再作轉(zhuǎn)向。 經(jīng)幾次的迷宮賽走后，已記錄了迷宮大部分的路線圖，得出迷宮的地圖，再分析出通往中央?yún)^(qū)域的最佳路線。于第五次的賽走，「Silf-NS3」以全速走迷宮 直達(dá)終點區(qū)且途中不需要任何停頓，結(jié)果以6.23秒的創(chuàng)下今屆最佳記錄。其實井藤先生已上屆東日本地區(qū)微鼠標(biāo)大會的盟主，在微鼠標(biāo)界甚有名氣。今次勝利更 令他成為本地區(qū)連續(xù)兩屆的霸主。

至于亞軍得主是有「ROBO-ONE之父」稱號 的森永英一郎先生。在兩足人型機(jī)械人比賽出現(xiàn)前，森永先生已經(jīng)多次參加微鼠標(biāo)比賽，而且屢獲佳績。他亦經(jīng)常透過網(wǎng)站和講座等教授微鼠標(biāo)的初學(xué)者，為微鼠標(biāo) 界作出一大貢獻(xiàn)。今回他所制作的「MF2007A」于第一次迷宮賽走中，不斷探索迷宮各條路徑。終于在第四次以8.63秒創(chuàng)下最佳記錄。

而季軍則是法政大學(xué)電氣研究會的澤邊先生，他制造的「去年???????」以9.91秒完成賽事。大會表示今屆選手的水平相當(dāng)高。因為去年東日本地區(qū)的冠軍Silf-NS37是唯一能夠在10秒內(nèi)完成的，季軍只能創(chuàng)出15.4秒的最佳時間。

微鼠標(biāo)之「神」

井 谷先生于1984年首次參加微鼠標(biāo)比賽，其后他在日本微鼠標(biāo)全國大會中總共讖羸得十次冠軍，而得到微鼠標(biāo)之「神」的稱號。在第26屆的中部地區(qū)微鼠標(biāo)大會 中，他又再次獲得了冠軍。今次他的「微鼠標(biāo)3」為六輪設(shè)計，采用四門懸掛技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)斜線過彎。雖然他沒有參加?xùn)|日本區(qū)賽，但于日本全國賽中他必與上述 三名高手碰頭，譬必有一番龍爭虎斗。

冠亞軍微鼠標(biāo)

今 屆冠軍井藤先生的「Silf-NS3」也是采用了DC馬達(dá)，其鼠標(biāo)更采用低重心和輕量化設(shè)計，以碳纖維復(fù)合材料(CFRP)作為材料，車體重量只有98 克。而隨著技術(shù)的不斷提升，采用DC馬達(dá)將成為主流。然而今屆亞軍森永先生的「MF2007A」卻是以步進(jìn)馬達(dá)推動，目的是挑戰(zhàn)步進(jìn)馬達(dá)的極限。當(dāng)日 「MF2007A」的速度令人贊嘆，森永先生以步進(jìn)馬達(dá)創(chuàng)下佳績總算達(dá)到了目標(biāo)。今后森永先生計劃設(shè)計一臺采用DC馬達(dá)推動的微鼠標(biāo)，務(wù)求創(chuàng)出更快的佳 績。

新款賽場 Vs 實體機(jī)

今次東日本大會，更首次公開新賽制的微鼠標(biāo)賽場，并以實驗機(jī)進(jìn)行實地測試。當(dāng)日展示的實驗機(jī)尺寸為5×5×5cm左右，采用鎳氫(Ni-MH)電池。消息透露實驗機(jī)將于2008年夏季對外發(fā)售。

走迷宮小錦囊

微 鼠標(biāo)探索迷宮的方法層出不窮。有的會用「向心法」來走，當(dāng)在分歧路段時，微鼠標(biāo)會以現(xiàn)在位置和中央的終點區(qū)比較，并選擇朝向終點區(qū)的方向。有的則采用「左 手法則」走迷宮，即每當(dāng)在分歧路段時微鼠標(biāo)都會向左轉(zhuǎn)。當(dāng)微鼠標(biāo)經(jīng)幾次的迷路探索后，大概得出迷宮的地圖后。經(jīng)程序自行分析后，計算出多條路徑的長短和彎 位的數(shù)目，最后選出較佳路徑。當(dāng)兩條路段的長短相約時，就應(yīng)選擇彎位數(shù)目較少的一條。雖然可能走遠(yuǎn)了一點，但完成時間可能更短。因為在直路時有利微鼠標(biāo)加 速，相反在彎位微鼠標(biāo)就少不免要減速了。

迷宮發(fā)現(xiàn)方法

微 鼠標(biāo)首次迷宮賽走，只知道迷宮整體的大小、起點區(qū)和終點區(qū)的位置，而迷宮各區(qū)劃的墻壁間隔是一無所知。因此，微鼠標(biāo)最初賽走是探索迷宮的環(huán)境，將所到之處 的墻壁和路段位置記錄下來，并找出到達(dá)終點的路徑。之后的賽走速度應(yīng)愈來愈快，因為隨賽走次數(shù)增加對迷宮的布局便愈了解，所以通常在第四次和第五次賽走， 往往是選手創(chuàng)造最佳記錄的時機(jī)。

確認(rèn)身處位置

究 竟微鼠標(biāo)是如何確認(rèn)身處位置和得出迷宮的地圖呢？迷宮由256區(qū)域的正方形組成，縱橫各16區(qū)域。我們可將這256區(qū)域想象成格仔紙上的方格，以坐標(biāo)方式 表示區(qū)域位置(橫向為X軸和縱向為Y軸)。假設(shè)起點區(qū)坐標(biāo)為(0,0)，占四個區(qū)域并位于中央的終點區(qū)坐標(biāo)即為(7,7)、(7,8)、(8,7)和 (8,8)。再以東、南、西、北四方位表示微鼠標(biāo)朝著的方向。加上大部份微鼠標(biāo)的前方及左右兩側(cè)都裝有傳感器，這就可探測出墻壁的位置并其將其記錄起來。

微鼠標(biāo)實戰(zhàn)情況

以 下就以一個4 X 4區(qū)域大小的小迷宮8為大家解釋。假設(shè)起點區(qū)和終點區(qū)分別位于(0,0)和(3,3)。每當(dāng)微鼠標(biāo)前進(jìn)一個區(qū)域，就會以傳感器探測墻壁的位置。開始時，微 鼠標(biāo)得知前方?jīng)]有壁而進(jìn)進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)(0,1)再得知北方和東方?jīng)]有墻壁，可選擇前進(jìn)或右轉(zhuǎn)(根據(jù)程序設(shè)定)。假設(shè)前進(jìn)來到區(qū)域(0,2)，微鼠標(biāo)得知是 「掘頭路」，然后倒車返回(0,1)，接著右轉(zhuǎn)繼續(xù)。這樣就得出了區(qū)域(0,0)、(0,1)和(0,2)的迷宮地圖。經(jīng)幾次的迷宮探索后，微鼠標(biāo)就可得 出整個迷宮的地圖。如果通往終點區(qū)的路線多于一條，微鼠標(biāo)可記錄走過了多少區(qū)域(重復(fù)走過的將被扣減)，得出通往終點區(qū)的最短路線。

極速勁走賽

另一剌激項目，便是極速勁走賽，比賽要求微鼠標(biāo)在迷宮的最外周的路段繞兩圈。選手在三分鐘內(nèi)有三次賽走機(jī)會，取其最快的一次作為成績。這比賽看來很簡單，但要在十秒內(nèi)完成絕非易事。因為微鼠標(biāo)高速行駛同時亦需要流暢地過彎，不少微鼠標(biāo)因速度過快來不轉(zhuǎn)彎就撞向墻壁了。

今 屆極速勁走賽冠軍同樣由井藤先生包辦，他的「Silf-NS3」以9.50秒最佳記錄完成。亞軍則是米先生制造的Momoco07，首回賽走中就創(chuàng)下 9.70秒的成績直迫首位的井藤先生。于第二和三次賽走，米先生將微鼠標(biāo)的速度進(jìn)一步提升，但結(jié)果于第二圈的途中撞向墻壁而未能創(chuàng)出更快記錄。
而森永先生的MF2007A亦在項目中取得季軍，一般人認(rèn)為今次MF2007A的圈速已將步進(jìn)馬達(dá)發(fā)揮到極限了。MF2007A在大直路全速行駛，而在彎位前明顯減速，采取穩(wěn)中求勝的策略。

微鼠標(biāo)走向微型化與時并進(jìn)

日 本微鼠標(biāo)大會已經(jīng)有多年歷史，大會認(rèn)為有必要進(jìn)一步升選手的技術(shù)水平。而科技產(chǎn)品走向微型化是一直以來的趨勢，于是大會計劃于2009年第30屆全日本微 鼠標(biāo)大會，采用新的微鼠標(biāo)賽制。新賽制下的鼠標(biāo)為現(xiàn)定尺寸的一半，迷宮每個區(qū)劃的尺寸由18 x 18cm縮小至9×9cm。舉辦微鼠標(biāo)賽的主辦單位田代先生表示：由于新賽制下的鼠標(biāo)和賽場尺寸將為原來的一半，難度相應(yīng)提高。計劃會先在專家級組別中施 行，入門級組別則采用現(xiàn)時的賽制機(jī)會較大。

迷你微鼠標(biāo)

當(dāng)日除了實驗機(jī)的示范外，原來微鼠標(biāo)專家的井谷先生已經(jīng)研發(fā)出迷你的微鼠標(biāo)了，他更即席示范。雖然是首次在賽場進(jìn)行測試，但微鼠標(biāo)幾次都能夠到達(dá)終點并會探索迷宮各路徑，最后更以最短的路徑到達(dá)終點，令在場人士為之吃驚。

總結(jié)

微 鼠標(biāo)賽是極為講求速度和軌跡辨別的能力，以爭取最短的時間完成。因此需要相當(dāng)高的技術(shù)，無論硬件或軟件都缺一不可。不論迷宮的布局怎樣變化，微鼠標(biāo)都應(yīng)能 通過不斷探測找到終點。一般微鼠標(biāo)由行走機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向及障礙探測器、控制系統(tǒng)組成。可以完成前進(jìn)、后退、斜行、橫移、轉(zhuǎn)彎等動作。在微鼠標(biāo)穿越迷宮的整個過 程，展示了全方位行走和路線識別技術(shù)。