古典電腦鼠走迷宮

電腦鼠走迷宮的競賽概念自1977年由IEEE Spectrum雜誌提出以來，迄今雖然已經超過 40 年了，但隨著半導體科技與單晶片微電腦整合技術的快速發展，電腦鼠機器人的能力也是日新月異，不論是機構、數位控制或者是演算法則等，都有長足的進展。也因為它有趣，並且整合了微電子、機械、自動控制、計算機演算法等數個不同領域的知識，因此非常適合技職體系的學生作為智慧型機器人的學習用平台。

本競賽為延續過去之競賽主軸，目的在比較參賽隊伍所製作之電腦鼠迷宮演算法尋找迷宮終點 以及規劃最短運動路徑的效率、輪型機器人運動控制、定位與修正，還有速度的控制精確度。為了能銜接相關的國際賽事，比賽規則採用 IEEE 國際電腦鼠通用的比賽規則，以計時與迷宮搜尋綜合成績最佳者為優勝。

這兩年由於日本提出了一個縮小尺寸的「半尺寸電腦鼠(Halfsize)走迷宮」競賽，因此以往的電腦鼠走迷宮競賽也更名為「古典電腦鼠(Classic)走迷宮」競賽。但美國、英國，與葡萄牙等國家仍舊以電腦鼠(Micromouse)作為競賽的名稱，沒有冠上「古典」二個字。

感謝教育部技職司自2005年起重新恢復支持舉辦電腦鼠走迷宮的競賽，並選拔優勝選手參加相對應之國際競賽。這對於提升學生的專業實作能力，以及國際視野，實在是有莫大的幫助。

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古典電腦鼠走迷宮之競賽規則

目的

本競賽的主要目的在設計並製作一個可以在最短時間內找到迷宮終點的機器人。所有參加本競賽的機器人都稱為「電腦鼠」。負責將該「電腦鼠」放置於場地，並讓「電腦鼠」開始動作的人稱為「操作員」。

迷宮的規定

1. 電腦鼠迷宮由16´16個迷宮方塊組成，每個單位方塊為18cm´18cm。
2. 迷宮牆壁的高度為5cm，厚度為1.2cm，因此迷宮中電腦鼠的走道會有16.8cm寬。迷宮的外圍全部以迷宮牆相連接起來。
3. 迷宮牆壁壁面的顏色為白色，頂部為紅色。迷宮中電腦鼠行進的地面是以表面塗有黑色去光澤塗料的木材製成。迷宮牆壁壁面與頂部的塗料必須能反射紅外線的投射，而行進地面的塗料則必須吸收紅外線的投射。
4. 迷宮的「起點」位於四個迷宮角落方塊的其中一個。迷宮的「起點」應有三面迷宮牆，其中如果出發的方向為北方，那麼迷宮外圍的牆壁應該在西方與南方。迷宮的「終點」由迷宮中心的四個方塊組成，這四個迷宮方塊間不會有迷宮牆壁。
5. 在每ㄧ個迷宮方塊四個角落上1.2 cm´1.2 cm´5 cm的小方柱，稱為「格點」。除了迷宮終點的四個方塊外，每一個迷宮方塊的格點必須至少接觸ㄧ面迷宮牆壁。
6. 迷宮大小的精確度應該在5%或2cm內。迷宮地面的銜接處不能有超過0.5mm的高度差，並且迷宮地面銜接處的斜率也不能超過4度。相鄰迷宮方塊間牆壁的間隙不能超過1mm。

電腦鼠的規定

1. 電腦鼠必須要能獨立自行控制，並且不能用燃燒的方式取得能源。
2. 電腦鼠的長寬不應超過25cm´25cm，高度沒有限制。如果電腦鼠在行進間會改變幾何結構的話，也必須符合上述的規定。
3. 電腦鼠在迷宮中行進時，不得在後方遺留任何的東西。
4. 電腦鼠不得躍過、攀登、損傷或破壞迷宮壁面。

競賽規則

1. 電腦鼠的基本功能是要能由迷宮起點行進至終點，這稱為「一趟」，使用的時間稱為「運動時間」，但是電腦鼠由迷宮終點回到起點的時間不能算成是「一趟」的「運動時間」。
2. 電腦鼠由啟動後到某ㄧ趟開始行進前的時間稱為「迷宮時間」。電腦鼠在行進期間如果需要操作員的人為協助，稱為「發生觸碰」。但若電腦鼠自行回到起點後，在下一次啟動前操作員清潔電腦鼠輪胎的動作，不視為觸碰。
3. 電腦鼠的成績就根據「運動時間」、「迷宮時間」以及「發生觸碰」等三個參數來評定它在速度、解迷宮的效率以及自主性上的表現。
4. 電腦鼠在迷宮場地的競賽中，最多只能擁有7分鐘的時間。在這個時間限制下，電腦鼠可以嘗試至多7次由迷宮起點出發找出迷宮終點以及最短的運動路徑 (比賽隊伍數太多時，主辦單位保留調整時間與嘗試次數的權利)。
5. 電腦鼠到達迷宮終點後，可以人為的方式將電腦鼠移至起點，或是讓它自行回到起點。如果以人為的方式將電腦鼠移至起點，代表「發生觸碰」，後續的成績計算就無法享受到沒有「發生觸碰」3秒鐘的時間回饋。
6. 每一趟「運動時間」的計算，是量測電腦鼠離開起點方塊後直到進入終點的時間間隔，操作員準備完成後必須向裁判示意開始計時。而「迷宮時間」的計算則是量測電腦鼠第一次啟動後，直到某ㄧ趟運動的起始期間的時間間隔。
7. 電腦鼠成績計算的公式以及最佳成績的登錄方式如下：單次成績 = 「運動時間」+ (「迷宮時間」除以30) – 3秒(沒有「發生觸碰」)，最佳成績 = 各單次成績中時間最短者。
8. 「運動時間」、「迷宮時間」的計算，是由裁判人員手動的方式或由紅外線感測器自動地在電腦鼠迷宮的起點方塊與迷宮的終點方塊間量測而得。當使用紅外線感測器時，迷宮起點的感測器會裝設在起點方塊與下一個迷宮方塊的邊界上，而迷宮終點的感測器則會裝設在迷宮終點方塊的入口上。紅外線感測器會保持水平的發射與接收角度，並且離迷宮地面大約1cm高的位置。
9. 電腦鼠的啟動程式中，不應包含提供操作員針對迷宮特性，選擇不同的行動策略。
10. 迷宮的組成架構ㄧ但揭露給所有的參賽者知道時，操作員就不能再對電腦鼠輸入任何的資訊。
11. 迷宮所在位置的亮度、溫度與溼度與一般的室內環境是相同的，如果參賽者要求調整場地的亮度，必須得到大會的同意才可以。
12. 當電腦鼠失常時，操作員可以要求裁判允許放棄該次電腦鼠行進到迷宮終點的嘗試，並將電腦鼠重新移到迷宮的起點方塊中。但若只是轉錯彎等非電腦鼠功能失常的因素，則不在同意之列。
13. 比賽進行中，如果電腦鼠更換任何一個零件(如電池或可抹除式唯讀記憶體) 或執行顯著的調整(諸如速度控制與行動策略的選擇等)時，在重新啟動前，電腦鼠內部關於迷宮組成結構的記憶內容必需消除掉才行。但在大會裁判根據臨場的判斷，認定是簡單的調整(例如光感測器的調整)時，可以不用消除掉電腦鼠內部關於迷宮組成結構的記憶。
14. 除了電池可能被大會裁判允許外，電腦鼠上的任何其他零件不得在比賽進行中移轉給其他不同參賽隊伍的電腦鼠。舉例而言，如果同ㄧ個電腦鼠基座，換上第二個不同的控制器，應視為同ㄧ個參賽隊伍的電腦鼠，必須在7分鐘的時限內完成比賽。當更換不同的控制器時，電腦鼠內部關於迷宮組成結構的記憶內容必需消除掉才可以繼續進行比賽。
15. 當大會裁判判斷比賽用的迷宮場地，如果在參賽隊伍的電腦鼠持續進行時可能遭到破壞，那麼大會有權要求參賽隊伍的電腦鼠停止繼續進行比賽，或是裁定失去比賽的權利。
16. 當參賽隊伍的電腦鼠完成一次由迷宮起點到終點的運動後，在下一次離開迷宮起點前，必須停留在迷宮起點方格中至少3秒鐘。如果迷宮場地使用的是紅外線感測器來計時，那麼當電腦鼠停留在迷宮起點方格時不可以干擾到紅外線感測器的運作。
17. 當完成賽事的電腦鼠隊伍少於比賽獎項時，必要時可從缺。

範例1：假設某ㄧ操作員欲開始比賽，準備完成後向裁判示意開始計時，電腦鼠開始啟動後，經過80秒找到迷宮終點，這一隻電腦鼠接著離開迷宮終點，繼續搜尋迷宮的牆壁排列情形，又花了55秒回到起點。那麼第一次的運動時間T1就是80秒。由於第一次的啟動並沒有「迷宮時間」，並且電腦鼠自行返回終點，並無「發生觸碰」，因此第一次的成績是

80 – 3 = 77秒。

此時操作員將它拿起來清除輪胎上的灰塵，再次放回迷宮場地的起點，清除灰塵至再次啟動共花費22秒。接著以搜尋到的最短路徑，用了10.23秒衝刺到終點。接著電腦鼠花費12.02秒再次回到起點。此時第二次的運動時間T2就是10.23秒，而之前所使用的搜尋時間80秒加上55秒再加上22秒，總共157秒的時間就是在計算第二次成績的迷宮時間M2。由於沒有「發生觸碰」，因此第二次的成績是

10.23 + 157/30 – 3 = 12.46秒。

當這一隻電腦鼠再次回到起點，操作員將它拿起來清除輪子上的灰塵後，再次放回迷宮場地的起點進行第二次由迷宮起點到終點的嘗試，清除灰塵至再次啟動共花費20.75秒。這一次以10.05秒衝刺到終點。此時第三次的運動時間T3就是10.05秒，而之前所使用的搜尋與衝刺時間一共是80秒加上55秒加上22秒加上10.23秒還有12.02秒以及20.75秒，總共200秒的時間就是在計算第三次成績的迷宮時間M3。接著電腦鼠花費11.55秒再次回到起點。由於沒有「發生觸碰」，因此第三次的成績是

10.05 + 200/30 – 3 = 13.72秒。

最後，操作員向裁判示意不再嘗試後結束競賽。這一隻電腦鼠的最佳成績，則以三次成績的最佳值12.46秒登錄為比賽成績。下圖是上述過程的圖例說明。

範例2：假設另ㄧ隻電腦鼠開始啟動後，經過70秒找到迷宮終點，那麼第一次的運動時間T1就是70秒。這一隻電腦鼠接著離開迷宮終點，繼續搜尋迷宮的牆壁排列情形，很不幸地還未回到起點時就因為撞牆而發生失誤，因此，操作員向裁判示意後，由場地中取出該隻電腦鼠，因此沒有「發生觸碰」3秒鐘的時間回饋。由於第一次的啟動並沒有「迷宮時間」，因此第一次的成績是

70 = 70秒。

操作員稍做整理後，重新開始第二次的搜尋，此時距離第一次電腦鼠開始啟動，總共是150.35秒。當它使用42.68秒找到迷宮終點後，又花了22.50秒回到起點，並停止3秒，自動180度回轉離開迷宮起點。接著以搜尋到的最短路徑搭配最快的速度，用了16.23秒衝刺到終點。這時，操作員向裁判示意不再嘗試後結束競賽。

此時第二次的運動時間T2就是42.68秒，第三次的運動時間T2就是16.23秒。而與第二次運動時間相關的迷宮時間M2是150.35秒，與第三次運動時間相關的迷宮時間M3是150.35+42.68+22.50+3=218.53秒。由於「發生觸碰」因此沒有3秒鐘的時間回饋，第二與第三次的成績分別是

42.68 + 150.35/30 = 47.69秒。

16.23 + 218.53/30 = 23.51秒。

這一隻電腦鼠的最佳成績，則以三次成績的最佳值23.51秒登錄為比賽成績。下圖是上述過程的圖例說明。

迷宮場地範例

下圖是一個電腦鼠的迷宮場地範例。