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1学習目標
このレッスンでは、OSOYOO V3 Robot Carを自律型ライントレースロボットに変えます。
5チャンネル赤外線ラインセンサーアレイを使用することで、ロボットは明るい色の路面上の黒い線の位置を検出し、走行ルートを保ちながら方向を継続的に調整することができます。
ライン追従（ライントレース）は、移動ロボットや無人搬送車（AGV）で使われる最も基本的な技術の一つです。センサーによるナビゲーションとリアルタイムの意思決定を学ぶ上で最適な入門テーマです。
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了すると、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
- 基本的な自律ナビゲーションロジックを実装する
- 決められたコースを追従できるロボットを製作する
2部品と機器：
| 番号 |
画像 |
部品名 |
数量 |
付属品 |
リンク |
| 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 |
こちらから購入 |
| 2 |
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7ピン25cmメス-メスケーブル |
1 |
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| 3 |
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プラスドライバー |
1 |
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| 4 |
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六角レンチ |
1 |
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| 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ラインセンサーの動作原理
赤外線反射検知
各ラインセンサーには2つの部品が含まれています：赤外線LED（発光素子）と赤外線フォトトランジスター（受光素子）です。
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路面の色によって異なります：白い面と黒い面。 白い面は赤外線のほとんどを反射します。その結果：
- 強い反射信号
- センサーが高反射を検出
- 受光素子の出力状態が変化
黒い面は赤外線のほとんどを吸収します。その結果：
- 弱い反射信号
- センサーが低反射を検出
- 受光素子の出力状態が変化
この違いにより、ロボットは黒いコースと周囲の白い背景を区別することができます。
4ハードウェアの取り付け
手順1：レッスン1で組み立てたロボットから始めます。レッスン2とレッスン3をすでに完了している場合は、そのままの状態で続けてください。
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チャンネルラインセンサーモジュールを下部シャーシの前面に取り付けます。
重要な注意事項
- センサーヘッド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配置してください。
- センサー上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配置してください。
- センサーと地面の間の距離を均一に保ってください。
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、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に接続します（下の写真を参照）（注意：レッスン1で取り付けた既存のケーブルは絶対に外さないでください）：
手順4：上部シャーシを再取り付けし、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Arduino統合開発環境（IDE）の最新バージョンをダウンロードしてインストールします。
2. コードの取得：レッスン4のサンプルコードをこちらから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ファイルが得られます。Arduino IDEでv3car-lesson4.inoスケッチを開きます。
3. ボードとポートの選択：USBケーブルでOSOYOO Basic Board（Arduino UNO互換）をコンピューターに接続します（重要：ボードをPCに接続する前に、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 > ボードで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ます。不明な場合は、OSのデバイスマネージャーで割り当てられたポートを確認してください。
4. コードのアップロード：「書き込み」ボタン（右矢印アイコン）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に不可欠です。
キャリブレーション手順
- ロボットの電源を入れ、ロボットカーを手で持ちます。
- センサーを白い面の黒い線の上に置きます。
- 小さなドライバーを使ってボード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を観察します。
| 路面 |
インジケーターLED |
| 白い背景 |
消灯 |
| 黒いライン |
点灯 |
7走行テスト
白い面に黒い線を描き、中央のセンサーを黒い線の上に置きます。ロボットの電源を入れて、ライントレースの動作を確認します。
推奨コース仕様
- コース幅：20〜30 mm
- ラインと背景の高いコントラスト
- 滑らかな表面
期待される動作
- ロボットが自動的にラインを追従します。
- 左右にずれた場合、ロボットが方向を修正します。
- ロボットがコースとの整列を維持します。
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：
- コースが細すぎる
- カーブが急すぎる
- センサーの感度が低すぎる
3. ロボットが過度に旋回する
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
- 路面の反射が検知に影響している
4. 環境光による干渉
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：
- 屋内でテストを行う
- 直射日光を避ける
- 反射率の高い路面を避ける
赤外線ラインセンサーは、照明が制御された環境で最も安定して動作します。
