オペアンプを使用したシンプルなラインフォロワー車両回路

この記事では、複雑なArduinoやマイクロコントローラーを使用せずに、いくつかのオペアンプと他のいくつかのコンポーネントを使用した、ライントラッカービークルとも呼ばれる単純なラインフォロワービークル回路について説明します。

ラインフォロワー車両とは

ラインフォロワービークルは、無人搬送車（AGV）の一種で、地面に描かれた、または埋め込まれた白い線を検出して走行します。検出器からの信号は、電動ホイールにラインに合わせて自動的に回転および調整するように命令し、車両がラインをたどっているような印象を与えます。したがって、名前の行のフォロワー。

基本的に、検出器は次の形式です。 LDRなどのフォトレジスタ または半導体光検出器など フォトダイオードまたはフォトトランジスタ 。

そのようなカップル 光検出器 白い線からの反射光を検出し、トランジスタ回路またはオペアンプベースのコンパレータを切り替えます。これらのコンパレータは、車両のホイールモーターを制御して、地面の白い線の回転と曲線に従って動作します。

ウィンドウコンパレータの使用

提案されたラインフォロワー車両回路では、いくつかの オペアンプコンパレータ モーターをバランス調整に関与させていました。

オペアンプはウィンドウとして装備されています 共有者 。名前が示すように、ウィンドウコンパレータは、検出器からの入力信号を、「ウィンドウ」しきい値を構成する2つの極端な電圧リファレンスと比較します。入力信号レベルがこの「ウィンドウ」基準しきい値内にある限り、両方のオペアンプの出力は、出力全体で高いロジックを維持します。

ただし、入力信号が基準しきい値を超える傾向がある場合は、関連するオペアンプの出力がローになり、オペアンプからの出力が逆になります。この不均衡は、負荷を適切に切り替えることによって状況を修正するように出力デバイスに促します。

回路のしくみ

以下のラインフォロワー車両の回路図を参照すると、ウィンドウコンパートメントとして構成された2つのオペアンプを見ることができます。

オペアンプは、ICLM358またはLM324から入手できます。

上限オペアンプは上限しきい値を制御するために配線され、下限オペアンプは下限しきい値を制御するために接続されます。

オペアンプA1の反転入力とオペアンプA2の非反転入力は固定基準電圧でクランプされています

オペアンプA1の非反転入力とオペアンプA2の反転入力は相互に接続されており、光検出器からの入力信号の変動を検出するために使用されます。

光に敏感なデバイスのように機能する2つの光依存抵抗器LDR1とLDR2は、白い線からの反射光を均一に受け取るように、光検出器として配置されています。

LDR1は正の線で接続されているため、LDRの光が十分に高く均一である限り、A1のピン3はピン2よりも高いままです。これにより、出力が高くなります。

同様に、A2のピン6は、グランドラインとのLDR2接続により、ピン5よりも低く保持されます。これにより、A2の出力をハイに保つことができます。

言い換えると、LDRが均一に点灯している場合、両方のオペアンプの非反転（+）入力は、反転（-）入力よりも高く保持され、出力がハイになります。

両方の出力がハイの場合、トランジスタドライバーはそれぞれのモーターを均一に動作させ続けます。これにより、車両は直線上をスムーズに走行できます。

車両がラインをたどる方法

湾曲した白い線に遭遇すると、LDRの1つが線から外れ、回路のA点で光の違いが生じます。これにより、関連するオペアンプの出力が低くなり、関連するモーターが一時的に停止します。

この状況では、まだ動作している反対側のモーターが車両をラインの曲げ角度に向けて回転させ、影付きのLDRを白いラインの照らされた領域に戻します。これが発生すると、両方のモーターが再び作動可能になり、車両が正常に走行できるようになります。

曲がる白い線からの光の変化に応じて左右のモーターを切り替える上記の自動ON / OFF切り替えにより、車両は白い線に従って調整と操縦を続けます。

車両の作り方

私の以前の投稿の1つで、 シンプルなラジコン車両 長方形のボードの後端に取り付けられた2つのモーターと、ボードの前端にある1対のダミーホイールを使用して構築できます。

提案されたラインフォロワー車両回路についても、上図に示すように、車両にも同様の構造を採用しています。

配置は非常に単純に見えます。後輪には、オペアンプ出力全体のトランジスタドライバによって制御されるモーターが取り付けられています。

車両がラインから外れると、LDRの光レベルの差により、オペアンプの1つがオフになり、関連するモーターが停止します。

これにより、作動中の反対側のモーターが停止したモーターの側に回転します。つまり、左側のモーターにブレーキがかかると、車両は同じ方向に曲がり線に合わせて左に回転します。

これはまた、オペアンプ出力との左右のモーターの統合が、ラインの曲げ方向と停止しているモーターが車両の同じ側になるように適切に行われるべきであることを示唆しています。

LDRを配置する方法

2つのLDR（LDR1とLDR2）は、白い線からの反射光を均一に感知することになっているため、以下に示すように、それらの方向は線の長さに垂直である必要があります。

ここでは、同じ経路に敷設された線をたどって、車両が右から左に走行していると仮定しました。

LDRの合計幅は、線の幅内に収まる必要があります。

LDRとLEDは、車両の底面、できれば後輪セットのすぐ下の後ろ側に取り付ける必要があります。

示されているLEDは、直列1K抵抗を備えた白色LEDです。 LDRの近くと中央に配置して、LDRからの光がLDRに直接到達しないようにする必要があります。代わりに、光はLDRの下の白い線からの反射によってLDRに到達する必要があります。

モータースペック

モーターは任意の永久磁石ブラシタイプにすることができますが、車両の動きが適切に遅く安定していることを確認するためにギアボックスを装備する必要があります。

モーターの定格電力は、車両が運ぶことになっている負荷に応じたものでなければなりません。これは、いくつかの実際的な実験を通じてテストできます。

設定方法

このラインフォロワー車両回路をセットアップするには、平らな面に描かれた白い線の小さなストリップ、または平らな面に貼り付けられた白いテープを配置する必要があります。

前の図に示されているように、システム（ホイールなし）をライン上に配置します。 LDRとLED 線の幅の内側で正しく調整されます。

電源を入れると、白いLEDがその下の領域を明るく照らします。両方のモーターが同時にオンになるまで、2つのプリセットを調整します。

次に、ユニットを少し右にずらして、LDR1が白い線から外れるようにします。

左のモーターが停止するはずです。それでも調整されない場合は、左側のモーターが停止するまでP1を調整します。

次に、ユニットを少し左に動かして、LDR2が白い線から外れるようにします。これにより、右側のモーターが停止します。それでも調整されない場合は、右側のモーターが停止するまで10kプリセットを調整します。

これでセットアップ手順が完了し、モーターに車輪を取り付け、この無人搬送車を使用して、地面に敷設された軌道を自動的にたどることができます。

ホワイトラインvsブラックライン

提案されたラインフォロワー車両システムは、黒い線ではなく、地面に埋め込まれた白い線に基づいています。黒い線の代わりに白い線を使用する利点は次のとおりです。

白い線は黒い線に比べてエレガントでまともです。

ホワイトラインベースのラインフォロワーは、完全な暗闇や薄暗い周囲光でも機能します。ブラックライトベースの設計では、通常、車両の動作を維持するために外部照明が必要です。

白線ベースのAGVは、タイルの色に関係なく、非常に白いタイルまたは白線の色と同等のタイルを除いて、より正確に機能します。

車両をブラックラインフォロワーに変換する

上記の利点にもかかわらず、ユーザーが車両が黒い線をたどることを好む場合、提案された設計のいくつかの迅速な変更を通じて、システムを簡単に変換することができます。

ユーザーは、オペアンプの入力ピン接続をプリセットと交換または交換し、LDRに関連付けられているLEDを取り外すだけです。