Robot PU 迷宫跑者

迷宫求解教程（Robot PU）

本教程展示如何使用经典策略求解迷宫：

• 跟随右侧墙壁
• 跟随左侧墙壁

对于简单连通迷宫（没有"浮动孤岛"墙壁），只要存在出口，任一规则都能保证到达。

Robot PU 不需要完整的迷宫地图。它只需要根据声呐距离判断"转弯 / 直行 / 掉头"。

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知识准备

• MakeCode 循环
• MakeCode JavaScript 语句
• 迷宫求解算法 - Wikipedia

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前置条件

• 在 MakeCode 中添加 Robot PU 扩展
• 搭建一个声呐能检测到墙壁的迷宫（纸板箱、书本、泡沫块）
• 使用摩擦力良好的地面（避免光滑桌面）

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你将构建什么

• 一个使用 robotPu.walk(speed, turn) 的简单自主迷宫求解器
• 可以选择右手法则或左手法则进行墙壁跟随

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使用的 Robot PU API

Robot PU 是一个由 micro:bit 控制的交互式 STEM 伙伴。在这个迷宫项目中，我们依赖以下 API：

API	描述
robotPu.walk(speed, turn)	运动控制
robotPu.frontDistanceArray()	声呐扫描

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为什么墙壁跟随有效（以及何时失效）

"保证能解"的含义

如果迷宫是简单连通的（所有墙壁都与外边界相连），那么：

• 将右手贴在墙上（右手法则）最终会引导你到达出口。
• 将左手贴在墙上（左手法则）最终会引导你到达出口。

何时会失败

墙壁跟随在包含孤岛（不与外边界相连的墙壁）的迷宫中可能会永远循环。对于这类迷宫，你需要建图（如 2d-map.md）+ 探索。

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传感策略：frontDistanceArray() 分区

Robot PU 的声呐面向下方约 35°。在行走过程中，PU 会自然摇摆，扩展程序维护一个小型"前方扫描"数组。

在本更新教程中我们使用：

前方扫描数组： robotPu.frontDistanceArray()

它返回从左到右的 5 个距离分区：

索引	方向
d[0]	最左侧
d[1]	左侧
d[2]	中央 / 前方
d[3]	右侧
d[4]	最右侧

这些分区旨在让你无需移动头部就能获得简单的"左 / 前 / 右"视图。

然后我们使用优先级顺序来决定下一步动作。

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决策规则（右手法则）

1. 如果右侧畅通 → 右转
2. 否则如果前方畅通 → 直行
3. 否则如果左侧畅通 → 左转
4. 否则 → 掉头

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实现：右手法则（推荐起点）

将此代码复制到 MakeCode 编辑器的 JavaScript 标签页。

function clampInt (x: number, lo: number, hi: number) {
    if (x < lo) {
        return lo
    }
    if (x > hi) {
        return hi
    }
    return x
}
let leftOpen = false
let frontOpen = false
let rightOpen = false
let dRight = 0
let dFront = 0
let dLeft = 0
let d: number[] = []
let t0 = 0
let TURN_BIAS = 0
let FWD_SPEED = 0

robotPu.setChannel(166)
// Distance thresholds (cm)
// These align with the extension's internal safety thresholds (~7.5cm danger + ~20cm caution)
let OPEN_CM = 30
// Movement tuning
FWD_SPEED = 4
// Turn bias: -1 left, +1 right
TURN_BIAS = 0.
basic.forever(function () {
    robotPu.sonarScan()
    // 1) Read 5-bin front scan (left -> right)
    d = robotPu.frontDistanceArray()
    dLeft = (dLeft * 9+ d[0]) * 0.1
    dFront = (dFront * 9 + d[2]) * 0.1
    dRight = (dRight * 9 + d[4]) *0.1
    rightOpen = dRight > OPEN_CM
    frontOpen = dFront > OPEN_CM *0.8
    leftOpen = dLeft > OPEN_CM * 0.4
    FWD_SPEED = Math.map(Math.max(dRight, dLeft), 7, 20, -1, 3)
    // 3) Right-hand rule priority
    if (rightOpen) {
        robotPu.walk(FWD_SPEED, 0.2)
    } else if (frontOpen) {
        robotPu.walk(FWD_SPEED, 0)
    } else {
        robotPu.explore()
    }
    radio.sendValue("fd0", d[0])
    radio.sendValue("fd1", d[1])
    radio.sendValue("fd2", d[2])
    radio.sendValue("fd3", d[3])
    radio.sendValue("fd4", d[4])
    radio.sendValue("broll", robotPu.bodyRoll())
    radio.sendValue("bpitch", robotPu.bodyPitch())
})

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跟随左侧墙壁变体

如果你想跟随左侧墙壁，只需翻转优先级顺序：

1. 如果左侧畅通 → 左转
2. 否则如果前方畅通 → 直行
3. 否则如果右侧畅通 → 右转
4. 否则 → 掉头

你可以通过修改决策部分来实现：

// Left-hand rule priority
if (leftOpen) {
    turnLeft90ish()
} else if (frontOpen) {
    stepForward()
} else if (rightOpen) {
    turnRight90ish()
} else {
    turnAround()
}

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测试与校准

搭建迷宫

• 使用声呐能检测到的纸板墙或积木块。
• 走廊宽度应足够 Robot PU 通行。

调整阈值

• 如果 PU 剐蹭墙壁 → 增大 OPEN_CM 和/或减小 FWD_SPEED
• 如果 PU 拒绝进入走廊 → 减小 OPEN_CM

调整转弯

• 如果转弯角度太小 → 增加 turnRight90ish() / turnLeft90ish() 中的转弯持续时间
• 如果转弯过度 → 减少持续时间或降低 TURN_BIAS

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问题排查

症状	解决方案
机器人剐蹭墙壁	增大 OPEN_CM；减速：减小 FWD_SPEED
机器人转弯太晚并撞墙	增大 TOO_CLOSE_CM；增加紧急转弯持续时间
机器人在狭窄走廊中振荡	减小 TURN_BIAS；减小 TURN_SPEED
机器人在原地转圈	减小 OPEN_CM（可能认为所有方向都被挡住）；略微增加 stepForward() 的持续时间

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后续步骤（升级路径）

墙壁跟随简单而稳健，但它并不"理解"迷宫。

下一步升级（基于 2d-map.md）：

1. 局部地图验证：从相同的左/前/右扫描更新 5×5 占用网格。
2. 检测循环：如果多次重访相同的局部模式，切换策略。
3. 混合求解器：跟随墙壁，但如果卡住，使用占用地图选择替代路径。