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1目標
このレッスンでは、OSOYOO V3 ロボットカーを自律型ライントレースロボットに仕上げます。
5チャンネル赤外線ラインセンサーアレイを使って、明るい色の地面に描かれた黒いラインの位置を検知し、コースからはずれないよう進行方向を自動的に補正します。
ライントレースは、移動ロボットや自動搬送車（AGV）において最も基本的な技術の一つです。センサーを使った自律ナビゲーションとリアルタイム制御を学ぶ絶好の入門テーマです。
このレッスンを始める前に、レッスン1：ロボットカーの基本組み立てを完了していることを確認してください。
このプロジェクトを完成させると、次のことができるようになります：
- 赤外線ラインセンサーの仕組みを理解する
- Arduinoでセンサー信号を読み取る
- 複数のセンサー入力を同時に処理する
- 基本的な自律走行ロジックを実装する
- あらかじめ定められたルートを走るロボットを作る
2部品とデバイス：
| 番号 |
写真 |
部品 |
数量 |
付属品 |
Link |
| 1 |
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ラインセンサーモジュール |
1 |
M3プラスチックネジ×2
M3プラスチックナット×2
M3プラスチックスペーサー×2 |
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| 2 |
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7ピン25cmメス-メスケーブル |
1 |
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こちらで購入 |
| 3 |
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プラスドライバー |
1 |
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こちらで購入 |
| 4 |
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六角ドライバー |
1 |
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こちらで購入 |
| 5 |
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M3プラスチックネジ |
2 |
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| 6 |
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M3プラスチックスペーサー |
2 |
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| 7 |
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M3プラスチックナット |
2 |
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3ライントレースセンサーの動作原理
赤外線反射検知の仕組み
各ラインセンサーは、赤外線LED（発光部）とフォトトランジスタ（受光部）の2つの素子で構成されています。
赤外線LEDは、目に見えない赤外線を地面に向けて継続的に照射します。
反射される赤外線の量は地面の色によって異なります：白い面と黒い面。 白い面は赤外線をほとんど反射します。その結果：
- 強い反射信号
- センサーが高反射を検知
- 受光部の出力が変化
黒い面は赤外線をほとんど吸収します。その結果：
- 弱い反射信号
- センサーが低反射を検知
- 受光部の出力が変化
この違いを利用して、ロボットは黒いコースと白い背景を区別します。
4ハードウェアの組み立て
Step 1: Start with the robot assembled in Lesson 1. If you have already completed Lesson 2 and Lesson 3, just keep it as is.
手順2：上部シャーシのM3六角ネジを取り外します。M3プラスチックネジ・スペーサー・ナットを使って、5チャンネルセンサーモジュールを下部シャーシ前方に取り付けます。
重要な注意事項
- センサー部分は必ず下向きにしてください。
- センサーは下部シャーシの下に位置するように取り付けてください。
- センサーの青いポテンショメーターは、下部シャーシ前面の四角い開口部に合わせてください。
- センサーと地面の距離を一定に保ってください。
手順3：ラインセンサーモジュールのGND–VCCピンをOSOLINK WIFI/BLE I/OシールドのGND–5Vに接続します。IR1、IR2、IR3、IR4、IR5ピンを7ピン25cmメス-メスケーブルでA0、A1、A2、A3、D13に接続してください（下の写真を参照）。注意：レッスン1で取り付けたケーブルは絶対に取り外さないでください。
手順4：上部シャーシを元に戻し、すべての取り付けネジをしっかり締めます。
5ソフトウェアのインストール
1. Arduino IDEのセットアップ：https://www.arduino.cc/en/Main/Software?setlang=en から最新のArduino統合開発環境（IDE）をダウンロードしてインストールしてください。
2. コードの取得：こちらからレッスン4のサンプルコードをダウンロードしてください。解凍すると v3car-lesson4 フォルダ内に v3car-lesson4.ino が見つかります。このスケッチをArduino IDEで開いてください。
3. ボードとポートの選択：OSOYOO Basic Board（Arduino UNO互換）をUSBケーブルでパソコンに接続します（重要：接続前にロボットカーの電源スイッチをOFFにし、バッテリーを外してください）。Arduino IDEを起動し、ツール > ボード からArduino Unoを選択します。次にツール > ポートで適切なシリアルポートを選択してください。不明な場合はOSのデバイスマネージャーで確認してください。
4. コードのアップロード：「アップロード」ボタン（右向き矢印アイコン）をクリックして、スケッチをコンパイルしてOSOYOO Basic Boardに転送します。
6センサーのキャリブレーション
正確なキャリブレーションは、安定したライントレース動作のために欠かせません。
キャリブレーション手順
- ロボットの電源を入れ、手で持ちます。
- 白い地面の黒いラインの上にセンサーをかざします。
- 小さなドライバーで基板上のポテンショメーターを調整します。
- インジケーターLEDの点灯状態を確認します。
| 地面の色 |
インジケーターLED |
| 白い背景 |
OFF |
| 黒いライン |
ON |
7走行テスト
白い紙などに黒いラインを引き、中央のセンサーをラインの上に置きます。ロボットの電源を入れ、ライントレースの動作を確認してください。
推奨コース仕様
- ライン幅：20〜30 mm
- ラインと背景のコントラストが高いこと
- 平滑な表面
期待される動作
- ロボットが自動でラインを追従する
- 左右にずれたとき自動で方向を修正する
- コースとの位置関係を維持しながら走行する
8トラブルシューティング
1. ロボットがラインを検知できない
確認事項：
- センサーの配線
- センサーの高さ
- センサーのキャリブレーション
- バッテリーの電圧
2. ロボットが頻繁にラインを外れる
考えられる原因：
- ラインが細すぎる
- カーブが急すぎる
- センサー感度が低すぎる
3. ロボットが過度に曲がる
考えられる原因：
- センサーのキャリブレーションが不均一
- センサーモジュールが傾いて取り付けられている
- 地面の反射が検知に影響している
4. 環境光の干渉
強い日光は赤外線センサーに影響を与えることがあります。
最良の結果を得るために：
- 室内でテストする
- 直射日光を避ける
- 光沢のある反射面を避ける
赤外線ラインセンサーは、照明を制御した環境で最も安定して動作します。
9コードの改善
このプロジェクト用に、改良版のライントレースコードもご用意しています。ダウンロードリンクはこちらです：
http://osoyoo.com/driver/2025005300/v3car-tracking-pro.zip
改良版コードは、左右のモーターの出力と方向をそれぞれ個別に制御することでアルゴリズムを改善し、旋回強度を細かく調整できます。また、センサーが黒いラインからどれだけずれているかを数値化するsensors変数が導入されており、負の値はラインが右側にあることを、正の値は左側にあることを示します。この偏差量に応じて旋回力を調整するため、簡易的なPID制御のように機能します。
