做一只微型迷宫鼠：用洪水填充求解迷宫的机器人

做的是什么

扔进没见过的迷宫、找中心、二刷能证明的最短路线回来的车。

后半程正是微型迷宫鼠和本站其它所有机器人的不同之处。循迹车会做出反应，避障车会做出反应，而微型迷宫鼠会记住——它一边开一边建图，然后在那些自己还没访问过的格子上做规划。这是最小的一个完整机器人问题：感知、运动、建图和规划，而且必须同时工作。

两趟策略

竞赛鼠好几趟，最快计时。策略没人计时也值得抄：

**第一趟——探索。**小心地开，记下每个格子有哪些墙，并抵达中心。速度无关紧要；地图才是产出。

**第二趟——利用。**成品图洪水填充，算最短路线，已知的不停感知直接开。

这个划分之所以重要，是因为这两趟跑需要的东西正好相反。探索需要缓慢、谨慎的动作和持续的传感；竞速跑需要果断下决心。想同时兼顾两者，只会得到一台两件事都做不好的机器人。

为什么算法不是难处

洪水填充确实简单：给目标格距离 0，给每个相邻格比它能到达的最低邻居多 1 的值，然后永远走向数字更小的格子。几十行代码，而且在栅格上可以证明它给出的是最短路径。

难处是它假设车知道自己在哪个格。

只要数错一个格子，或者有几次把 90° 转成了 88°，规划器就在为一台其实在别处的机器人解迷宫。症状让人抓狂：算法完美，接线也没问题，机器人却自信地撞进墙里。

所以下面的制作顺序把大部分精力都花在运动上，规划器放到最后加。你可以在迷宫求解模拟器里单独验证规划器，在那里位置按构造就是精确的——这正是先花时间做模拟值得的原因。

物料单

合计约 $70–95，加迷宫。

**用三个测距传感器，而不是一个。**单个前方传感器要观察就得转身，既费时间——更糟的是——每次观察都会引入航向误差。三个固定传感器能让机器人一动不动地在一瞬间读完一个格子的三面墙。这正是能可靠建图的迷宫鼠和每次查看墙面都在累积误差的迷宫鼠之间的区别。

记住三颗 VL53L0X 上电同地址 0x29，三 GPIO XSHUT 逐个唤醒改地址——每次开机重来，改完易失。

**留意 RAM。**一张 16×16 的洪水填充距离场按 uint8_t 存就是 256 字节，再加墙图和队列。在 Uno 的 2 KB 里塞得下，但前提是你有意识地精打细算——这本身就是很好的练习，也是很多人在这款机器人上换用 ESP32 的原因。

制作顺序

**1——拿到三路干净的距离读数。**用 VL53L0X 飞行时间传感器测前方、左侧和右侧。它们共用一条 I²C 总线，上电时地址相同，所以要靠把其余两颗保持在复位状态、开机时逐个唤醒并重新分配地址的方式把它们分别拉起来。在安装任何东西之前，先确认每一路都能读到已知距离上的墙面。

**2——让它走直线、转直角。**这才是真正的项目。按沿墙行走与精确转弯来做：在侧面传感器上跑一个 PID 循环保持居中，用陀螺仪积分来做转弯而不是靠编码器计数，并且只要前方有墙就用它来重新校方正。在这台机器人能连转十次仍然朝向正确之前，不要往下走。

**3——可靠地数格子。**编码器预测边界应该在哪里；侧面墙的下降沿确认它实际在哪里。当两者不一致时，信墙——因为它是一个物理地标，而不是一个累积出来的估计值。

**4——把墙记录进地图。**每个格子用两个 bit 表示四面墙，一张 16×16 的迷宫只占几百字节。看到什么就记什么。

**5——加入洪水填充。**现在规划器拿到的是诚实的数据了。每当新发现的墙让当前路径失效时就重算距离——这正是用洪水填充而不是一次性搜索的全部理由。

真正要紧的硬件注意事项

**小巧胜过快速。**机器人必须能在格子里转开。轮子靠近旋转中心的紧凑底盘转得干净利落；而车体一长，每次转弯都会蹭到墙，几何问题是调参修不好的。

**背隙就是航向误差。**每一次原地转向都会让电机换向，而一个松动的减速箱会丢掉最前面几度——在 42 mm 的轮子上，4° 的空程大约相当于 0.9° 的航向误差。N20 金属减速箱电机之所以存在，正是为了这个。

**把侧面传感器略微前移并带一点角度。**如果笔直朝外指，只有在正好与墙并排时才看得见它，于是机器人知道得太晚。一点前倾角度能给控制环提供一点预览。

**给传感器一路稳定的电源。**VL53L0X 在电源轨下垂时返回的是看起来很合理的错误数字，而不是明显地失败——这是最糟糕的一类故障，因为地图会被并不存在的墙填满。

做好长什么样

两行强调。

**墙面检测没有部分得分。**一面墙记错就会污染地图，洪水填充随后会自信地规划出一条穿墙的路径，竞速跑就会一头撞上去。这里没有优雅降级，所以探索那一趟要慢慢跑。

**让那些行不再平行才是真正的项目。**算法不是难点——洪水填充大约四十行，而且你完全可以在模拟器里不用任何硬件就把它测完。难点在于：走过十个格子之后，机器人已经不在它以为的位置了，而一只每十个格子漂移 20 mm 的迷宫鼠，在迷宫另一侧就已经贴到墙了。让一台真正的迷宫鼠能跑起来的一切——沿墙修正、陀螺融合的转弯、编码器标定——存在的意义就是和这一个数字作斗争。

坏了看哪

这张表里几乎每一条都是运动或传感故障，而不是算法故障。开工之前就知道这个分布是最有用的一件事，因为它告诉了你周末该把时间花在哪里。

如果你只想要建图和规划的想法而不想要硬件，迷宫求解模拟器会在浏览器里跑同样的两阶段策略，而路径规划与建图路线会把它继续带到 A* 和 SLAM。而作为便宜得多的第一台迷宫机器人，线迷宫机器人用胶带代替墙，完全不需要距离传感器。