【機械工学科・機械工学実験】車両ロボット実験 －光センサーを使ったライントレース実験－
2024.07.19
生産工場や物流倉庫では、無人の自律移動車両（AGV、Automatic Guided Vehicle）が活躍しています。その多くは地面に描いたライン通りに移動するタイプの車両ロボットです。今回の機械工学実験では、それと同じようにセンサーでラインの位置を読み取り、車輪の動きを制御して、カーブの多いコースを一周するプログラムを作るという課題に取り組んでもらいました。最後には、一周するのにかかった時間を測るタイムトライアルを実施しました。
使用したプログラミング言語はAIの学習にも使われているPython（パイソン）です。まずは、教員の作成した指導書を見ながら、センサーを使って車両の動作を制御するプログラムを動かして、一つ一つの操作がPythonでどのように表現されるのかを確認します。
Pythonプログラムを動かして、車両の動作を確認します
一通り動作確認が終わったら、それぞれオリジナルのプログラミングを作り、実際にコースを走らせてみます。白い紙にひかれたラインは基本的に黒色で、光センサーが読み取った明るさをもとにして、車両がラインの右側に逸れそうなのか、左側に逸れそうなのか、を判断してモーターを動かすプログラムを作成します。ただし、ラインのところどころに赤、青、緑、黄色の部分があり、ラインかどうかの判定を間違えると、簡単にコースアウトしてしまいます。
カーブの多いコースで、ライン途中には黒色でない箇所もあります
カーブが曲がり切れるかが、勝負になります
各チーム、なかなか思い通りにコースを走ってくれず、プログラムを何度も修正してチューニングしていました。装備された光センサー４つをフルに使ってラインの位置を把握したり、センサーの応答が遅いのに合わせて、走行スピードを小さくしたり、新しいアイディアを思いついては確かめるという作業を繰り返しました。
「次は絶対、完走させるぞ」とプログラムを修正しています
「さあ、今度はうまくいくはずだ！どうだ！」
企業派遣生（社会人学生）が、なかなか上手くいかない学生のプログラムを見てアドバイスしている姿も見られました。やさしい企業生は頼りになりますね。
「ここはね、ちょっと変えた方がいいかもよ」とアドバイスの声
全チームの中で一番早く周回できたのは、自分でPID制御のプログラムを作った学生さんでした。PID制御を組み込んだおかげで首振り動作によるタイムロスが減り、最高タイムを記録しました。パラメータ調整を追い込めば、もっと早くできそうでした。
PID制御を組み込んだおかげでスムーズにライントレースできました
今回の実験では、苦労して周回に成功した学生たちから「達成感があった」とのコメントを多数聞くことができました。また、自分の周回タイムに納得がいかない学生が実験終了後も再度やらせてほしいという申し出が多数出てきて、驚いています。
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