「Arduinoを使ったライントレースカーの実装」の編集履歴（バックアップ）一覧はこちら
追加された行は緑色になります。
削除された行は赤色になります。
2013年8月1日作成
#ref(fcc85a571b8eec5fdd7b6ddb9316fa02.jpeg)
*はじめに
前回Arduinoを用いてラジコンを作成したので今回はセンサーにより自立走行するライントレースカーを作成しようと思う。また、前回のノウハウを生かして、無線によりライントレースカーのパラメーターを変更できるようにする。一機目はライントレースカーに関するノウハウが全くないので、とりあえず動くものを作る事が目標になる。ソフト側に関しては無線で操作を可能にする.
*ライントレースカーの機能
-黒のビニールテープをコースとし、コースをトレースして走行
-走行速度やトレーススタート, 停止をPCから無線で操作可能
-センサーのしきい値等のセッティングをPCから無線で変更可能
-センサーから得られるデータを無線によりリアルタイムにPCに表示可能
*実装の方針
-ビニールテープの太さの黒い線を認識できるようにする
-フォトリフレクタを用いて線を認識する
-フォトダイオードは4つ利用する
-&bold(){比例制御}により制御を行い、パラメーターを変更する事で制御量を調整する
-コマンドを設計する事で、パラメーターの変更を可能にする
-車体側からセンサーデータをPCに送信し、表示を行う
-コントローラー側はJavaにより実装を行う
*使用した部品
**マイコン部分
-Arduino Uno
-[[Arduino モーターシールド Rev3 >http://www.amazon.co.jp/gp/product/B0081XGH0A/ref=s9_simh_gw_p23_d0_i3?pf_rd_m=AN1VRQENFRJN5&pf_rd_s=center-7&pf_rd_r=0HF31E3B4PW58XH9KNSV&pf_rd_t=101&pf_rd_p=463376816&pf_rd_i=489986]]
-Arduino XBeeシールド
-XBee Series2 × 2
**センサー
-[[フォトリフレクタ（反射タイプ）ＬＢＲ－１２７ＨＬＤ>http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-04519/]]
-20KΩ抵抗 × 4
-200Ω抵抗 × 4
-[[ユニバーサル基盤 72×48>http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03229]]
**シャーシ
-タミヤユニバーサルプラスチック基盤 × 3
-[[タミヤダブルギヤボックス>http://www.tamiya.com/japan/products/70168double_gearbox/index.htm]]
-ナロータイヤセット 58mm径 (70145)
-ボールキャスター(70144)
*ハード部分の実装
車体はArduino Tankと同様に、タミヤ工作キットを組み合わせ作成した。初めに以下の写真のように作成したが、旋回の際に車輪が空転してしまうため、後ろにボードを追加し、重心を後ろに持って行く事で対応した。なお、マイコン部分はArduino UNOとモーターシールドR3とXBeeシールドを3段重ねにして利用している。バッテリーはエネループを利用した際にもマイコンに5V以上供給できるように、今回は単３電池を6本利用している。
#ref(ライントレースカー試作1.jpeg)
これで一応、空転しなくなった。車体の重心に関しては再度調整する必要があると思う。
#ref(ライントレースカー完成版.jpeg)
**ラインセンサー
#ref(ライントレースセンサー1.jpeg)
黒いセンサーが二つのセンサーの間に入った際に、両方のセンサーがぎりぎりで反応するように、センサー位置を調整した。このあたりは、線の認識方法と合わせて検討する必要がある。
*プログラム
**黒線の位置判定
黒線の判定は、センサーの閾値を設定し、センサーの反応している個数と位置に応じて位置を出力する仕組みになっている。
*動作確認
*まとめ
*次なる目標
-現在はArduino Uno + モーターシールド + XBeeシールドの3階建てだが、これを１枚の基盤上に実装したい
-Arduinoベースの基盤を自分で作成したい(ユニバーサル基盤上)
-車体のバランスを考え高速走行を可能にしたい
*プログラムリスト
**ライントレースカー側のプログラム
#highlight(linenumber,c){{
#include <TimerOne.h>
/*
2013/7/23 動作確認済み
2013/7/24 変数の受信部分を変更, D要素を削除, 動作を確認済み
2013/7/25 データ送信部分の内容を小変更, 動作を確認済み
2013/7/30 モーター回転数の変更周期を20msに変更, 動作を確認(振動の収束が遅くなった)
Arduino Motor SHILED R3
9のエリアのどこ黒い線の位置を出力するプログラム
0 ~ 9がエリアで、-1が線が検出できない状態
*/
//MOTOR SHILED用
#define PWM_A 3
#define BREAK_B 8
#define BREAK_A 9
#define PWM_B 11
#define DIR_A 12
#define DIR_B 13
/*ラインセンサーの閾値
TH1がセンサーの真下に黒線があると考えられる閾値
*/
#define TH1 100
//前進スピードの定義(MAX255)
#define TRACESPEED 120
//比例成分
#define P_VALUE 17
#define I_VALUE 12
#define D_VALUE 12
int TraceSpeed, P_Value, I_Value, D_Value, P_Threshold;
int leftPower, rightPower;
int pos_b;//一回前の線の位置
boolean traceStartFlag, sendDataFlag;
//timer1はデータ送信用
long volatile MainTimer, timer1, timer2;
void timerInterrupt(){
MainTimer += 1;
}
/*
極座標による入力を二つのモーターの出力に変換する関数.
超信地展開しないバージョン.
moterの出力は-255 ~ 255である. -は逆回転を表す
r = 0 ~ 255をとる. s = -180 ~ 180をとる.
sは前進が0, 左旋回が-90,
右旋回が90, 後退が180 or -180である
*/
void convert_pwm2(double r, double s, int *lp, int *rp){
double _lp, _rp;
if(s > 180 || s < -180)s = 180;
/*
if(-180 <= s && s < -90){
_lp = (s + 180) / 90 - 1;
_rp = (s + 180) / 45 - 1;
}*/
if(-90 <= s && s < 0){
_lp = (s + 90) / 90;
_rp = 1;
}
else if(0 <= s && s < 90){
_lp = 1;
_rp = 1 - s / 90;
}
/*
else{//90 <= r <= 180の時
_lp = 1 - (s - 90) / 45;
_rp = -1 * (s - 90) / 90;
}*/
*lp = _lp * r;
*rp = _rp * r;
if(abs(*lp) < 20)*lp = 0;
if(abs(*rp) < 20)*rp = 0;
/*デバグ用
Serial.print(_lp);
Serial.print(",");
Serial.println(_rp);
*/
}
void setup(){
Serial.begin(9600);
pinMode(PWM_A, OUTPUT);
pinMode(PWM_B, OUTPUT);
pinMode(BREAK_A, OUTPUT);
pinMode(BREAK_B, OUTPUT);
pinMode(DIR_A, OUTPUT);
pinMode(DIR_B, OUTPUT);
digitalWrite(BREAK_A, LOW);
digitalWrite(BREAK_B, LOW);
digitalWrite(DIR_A, HIGH);
digitalWrite(DIR_B, HIGH);
analogWrite(PWM_A, 0);
analogWrite(PWM_B, 0);
traceStartFlag = false;
TraceSpeed = TRACESPEED;
P_Value = P_VALUE;
I_Value = I_VALUE;
D_Value = D_VALUE;
P_Threshold = TH1;
pos_b = 4;
MainTimer = 0;timer1 = 0;timer2 = 0;
Timer1.initialize(1000); //(1ms)
Timer1.attachInterrupt(timerInterrupt);
}
void loop(){
//a[i]はセンサーの出力結果を降順にソートしたもの
//num[i]はセンサー番号を出力の降順にソートしたもの
int a[4],a_b[4],num[4] = {
0,1,2,3 }
, i, j, swap, pos, s;
byte b[3];
//シリアルによりコマンドを受け取る
/*
PC→ライントレースカー
コマンド番号, コマンドの内容, 引数
0. 全停止
1. トレーススタート, スピード(8bit)
2. 方向転換
3. トレーススピード設定, スピード(8bit)
4. P要素の設定,(8bit)
5. I要素の設定, (8bit)
6. D要素の設定,(8bit)
7. 距離センサーの動作, (10bit)… この値を超えた場合に自動ストップをする
8. 手動コントロール時のスピード, (8bit)
9. 手動コントロール時の角度, (9bit) 0 ~ 360度で送信する180度で前進
10. 設定状態の全送信の要求
11. センサーデータの送信モードのON/OFF
12. フォトダイオードの閾値, (10bit)
*/
if(Serial.available()){
b[0] = Serial.read();
if((b[0] & 0b10000000) != 0){
delay(20);
b[1] = Serial.read();
b[2] = Serial.read();
}
//0.全停止
if((b[0] & 0b01111111) == 0b00000000){
traceStartFlag = false;
}
//1.トレーススタート
else if((b[0] & 0b01111111) == 0b00000001){
traceStartFlag = true;
TraceSpeed = (b[1] << 7 | b[2]) & 0b11111111;
}
//3.トレーススピード設定
else if((b[0] & 0b01111111) == 0b00000011){
TraceSpeed = (b[1] << 7 | b[2]) & 0b11111111;
}
//4.P要素の設定,(8bit)
else if((b[0] & 0b01111111) == 0b00000100){
P_Value = (b[1] << 7 | b[2]) & 0b11111111;
}
//5.I要素の設定,(8bit)
else if((b[0] & 0b01111111) == 0b00000101){
I_Value = (b[1] << 7 | b[2]) & 0b11111111;
}
//6.D要素の設定,(8bit)
else if((b[0] & 0b01111111) == 0b00000111){
D_Value = (b[1] << 7 | b[2]) & 0b11111111;
}
//10. 設定データの全送信の要求
else if((b[0] & 0b01111111) == 0b00001010){
Serial.print("S:");
Serial.print(TraceSpeed);
Serial.print(",TH:");
Serial.print(P_Threshold);
Serial.print(",P:");
Serial.print(P_Value);
Serial.print(";");
}
//11. センサーデータの送信のON/OFF
else if((b[0] & 0b01111111) == 0b00001011){
if(b[1] != 0 || b[2] != 0)sendDataFlag = true;
else sendDataFlag = false;
}
//12. フォトダイオードの閾値, (10bit)
else if((b[0] & 0b01111111) == 0b00001100){
P_Threshold = (b[1] << 7 | b[2]) & 0b1111111111;
}
}
//センサーデータの解析を行う
a[0] = analogRead(0);
a[1] = analogRead(1);
a[2] = analogRead(2);
a[3] = analogRead(3);
for(i = 0; i < 4; i++)a_b[i] = a[i];
//値のソートを行う
for(i = 0; i < 4 -1; i++){
for(j = 1; j < 4 - i; j++){
if(a[j] > a[j-1]){
swap = a[j];
a[j] = a[j-1];
a[j-1] = swap;
swap = num[j];
num[j] = num[j-1];
num[j-1] = swap;
}
}
}
//二つのセンサーの間に黒線があると考えられる場合
if(a[0] > P_Threshold && a[1] > P_Threshold){
if(num[0] == 0 && num[1] == 1)pos = 1;
else if(num[0] == 1 && num[1] == 0)pos = 2;
else if(num[0] == 1 && num[1] == 2)pos = 4;
else if(num[0] == 2 && num[1] == 1)pos = 5;
else if(num[0] == 2 && num[1] == 3)pos = 7;
else if(num[0] == 3 && num[1] == 2)pos = 8;
else pos = -1;
}
//センサーの真下に黒線があると考えられる場合
else if(a[0] > P_Threshold){
if(num[0] == 0)pos = 0;
else if(num[0] == 1)pos = 3;
else if(num[0] == 2)pos = 6;
else if(num[0] == 3)pos = 9;
else pos = -1;
}
else{
pos = -1;
}
if(sendDataFlag == true && MainTimer >= timer1 + 200){
Serial.print("Pos:");
Serial.print(pos);
Serial.print(",p0:");
Serial.print(a_b[0]);
Serial.print(",p1:");
Serial.print(a_b[1]);
Serial.print(",p2:");
Serial.print(a_b[2]);
Serial.print(",p3:");
Serial.print(a_b[3]);
Serial.print(";");
timer1 = MainTimer;
}
//以下でモーター出力の計算を行う
if(pos >= 0 && MainTimer >= timer2 + 1){
// + (pos - pos_b) * D_Value;
s = (pos - 4.5) * P_Value;
convert_pwm2(TraceSpeed, s , &leftPower, &rightPower);
pos_b = pos;
timer2 = MainTimer;
}
if(traceStartFlag == true){
analogWrite(PWM_A, leftPower);
analogWrite(PWM_B, rightPower);
}
else{
analogWrite(PWM_A, 0);
analogWrite(PWM_B, 0);
}
}
}}
2013年8月1日作成
#ref(fcc85a571b8eec5fdd7b6ddb9316fa02.jpeg)
*はじめに
前回Arduinoを用いてラジコンを作成したので今回はセンサーにより自立走行するライントレースカーを作成しようと思う。また、前回のノウハウを生かして、無線によりライントレースカーのパラメーターを変更できるようにする。一機目はライントレースカーに関するノウハウが全くないので、とりあえず動くものを作る事が目標になる。ソフト側に関しては無線で操作を可能にする.
*ライントレースカーの機能
-黒のビニールテープをコースとし、コースをトレースして走行
-走行速度やトレーススタート, 停止をPCから無線で操作可能
-センサーのしきい値等のセッティングをPCから無線で変更可能
-センサーから得られるデータを無線によりリアルタイムにPCに表示可能
*実装の方針
-ビニールテープの太さの黒い線を認識できるようにする
-フォトリフレクタを用いて線を認識する
-フォトダイオードは4つ利用する
-&bold(){比例制御}により制御を行い、パラメーターを変更する事で制御量を調整する
-コマンドを設計する事で、パラメーターの変更を可能にする
-車体側からセンサーデータをPCに送信し、表示を行う
-コントローラー側はJavaにより実装を行う
*使用した部品
**マイコン部分
-Arduino Uno
-[[Arduino モーターシールド Rev3 >http://www.amazon.co.jp/gp/product/B0081XGH0A/ref=s9_simh_gw_p23_d0_i3?pf_rd_m=AN1VRQENFRJN5&pf_rd_s=center-7&pf_rd_r=0HF31E3B4PW58XH9KNSV&pf_rd_t=101&pf_rd_p=463376816&pf_rd_i=489986]]
-Arduino XBeeシールド
-XBee Series2 × 2
**センサー
-[[フォトリフレクタ（反射タイプ）ＬＢＲ－１２７ＨＬＤ>http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-04519/]]
-20KΩ抵抗 × 4
-200Ω抵抗 × 4
-[[ユニバーサル基盤 72×48>http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03229]]
**シャーシ
-タミヤユニバーサルプラスチック基盤 × 3
-[[タミヤダブルギヤボックス>http://www.tamiya.com/japan/products/70168double_gearbox/index.htm]]
-ナロータイヤセット 58mm径 (70145)
-ボールキャスター(70144)
*ハード部分の実装
車体はArduino Tankと同様に、タミヤ工作キットを組み合わせ作成した。初めに以下の写真のように作成したが、旋回の際に車輪が空転してしまうため、後ろにボードを追加し、重心を後ろに持って行く事で対応した。なお、マイコン部分はArduino UNOとモーターシールドR3とXBeeシールドを3段重ねにして利用している。バッテリーはエネループを利用した際にもマイコンに5V以上供給できるように、今回は単３電池を6本利用している。
#ref(ライントレースカー試作1.jpeg)
これで一応、空転しなくなった。車体の重心に関しては再度調整する必要があると思う。
#ref(ライントレースカー完成版.jpeg)
**ラインセンサー
#ref(ライントレースセンサー1.jpeg)
黒いセンサーが二つのセンサーの間に入った際に、両方のセンサーがぎりぎりで反応するように、センサー位置を調整した。このあたりは、線の認識方法と合わせて検討する必要がある。
*プログラム
**黒線の位置判定
黒線の判定は、センサーの閾値を設定し、センサーの反応している個数と位置に応じて位置を出力する仕組みになっている。
*動作確認
*まとめ
*次なる目標
-現在はArduino Uno + モーターシールド + XBeeシールドの3階建てだが、これを１枚の基盤上に実装したい
-Arduinoベースの基盤を自分で作成したい(ユニバーサル基盤上)
-車体のバランスを考え高速走行を可能にしたい
