Arduino自動運転車（超音波センサ＋赤外線センサ使用） #Arduino

概要

Arduinoを利用した自動運転車です。
超音波センサと赤外線センサを併用し、障害物を回避して進みます。
※起動時に気温測定し、音速の設定に反映しました。（2019/7/27追記）
※Bluetoothでシリアル通信できるよう、モーターシールドを改造しました。（2019/7/27追記）

ロジック

①起動時に気温を測定（気温によって音速が変わるため）
②赤外線センサで前面距離をチェック
③超音波センサで右45度の距離をチェック
④超音波センサで前面距離をチェック
⑤赤外線センサで前面距離をチェック
⑥超音波センサで左45度の距離をチェック
⑦赤外線センサで前面距離をチェック
⑧超音波センサで前面距離をチェック
.....

左右の壁との距離が19cm未満のときは反対方向に旋回し、
前面距離が13cm未満の場合は一旦バックし、左右90度の距離を測定して距離が遠い方に旋回します。
（赤外線の場合はボリュームで調整した距離で反応。概ね壁から3cmくらいで調整。）

必要なもの

Arduino Uno（互換機）
タミヤ楽しい工作シリーズ No.97 ツインモーターギヤーボックス (70097)
タミヤ楽しい工作シリーズ No.100 トラック&ホイールセット (70100)
タミヤ楽しい工作シリーズ No.157 ユニバーサルプレート 2枚セット (70157)
Rasbee オリジナル L293D モータードライブシールド
EasyWordMall HC-SR04 超音波距離センサーモジュール
LM393 IR赤外線障害物回避センサモジュール
DS18B20 シングルバスデジタル温度センサモジュール
HC-06 Bluetooth モジュール
マイクロサーボ SG92R
0.1μfコンデンサ
電池ケース（単3*4）
006Pスナップ
ピンソケット（A0〜A5ピンを使用するために、シールドにハンダ付けします。）

ソースコード

L293D_tank_auto_avoid.ino

#include <DallasTemperature.h>
#include <OneWire.h>
#include <AFMotor.h>
#include <Servo.h>

Servo servo1; //任意のサーボモータークラスを用意。

AF_DCMotor right_motor(4);
AF_DCMotor left_motor(1);

const int trig = 15; // 出力ピン
const int echo = 14; // 入力ピン
const int ir = 18; // 入力ピン
const int servopwm = 9; // Servolib only 9 or 10
const int DS18B20_PIN = 19;

OneWire oneWire(DS18B20_PIN);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

float temp;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(trig,OUTPUT);
  pinMode(echo,INPUT);
  servo1.attach(servopwm); 
  sensors.begin();

  // turn on motor
  right_motor.setSpeed(200);
  left_motor.setSpeed(200);

  right_motor.run(RELEASE);
  left_motor.run(RELEASE);
  sensors.requestTemperatures();
  temp = sensors.getTempCByIndex(0);
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(sensors.getTempCByIndex(0));
  //Serial.print((char)223);
  Serial.println("C");
  delay(100);
}

void loop() {

  ircheck();
  right_check();
  ircheck();
  forward_check();
  ircheck();
  left_check();
  ircheck();
  forward_check();

  moter_forward(127,125,130);

}

float measure(){

  // 超音波の出力終了
  digitalWrite(trig,LOW);
  delayMicroseconds(1);
  // 超音波を出力
  digitalWrite(trig,HIGH);
  delayMicroseconds(11);
  // 超音波を出力終了
  digitalWrite(trig,LOW);
  // 出力した超音波が返って来る時間を計測
  int t = pulseIn(echo,HIGH);
  // 計測した時間と音速から反射物までの距離を計算
  float sonic = 331.5 + 0.6*temp;
  float distance = (float)t * ((sonic*0.0001)/2);
  //float distance = t*0.017;
  // 計算結果をシリアル通信で出力
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  //delay(500);

  if (distance < 0){
    distance = 20;
  }
  return distance;
}

void ircheck(){
  int irresult;
  irresult = analogRead(ir)  ;   // IRセンサーから読込む
  Serial.print("irresult:");
  Serial.println(irresult) ;    // シリアルモニターに表示させる

  if (irresult < 100){
      avoid();
  }
}

void moter_forward(int L_duty, int R_duty, int keeptime){
  Serial.println("Forward");
  right_motor.setSpeed(R_duty);
  left_motor.setSpeed(L_duty);
  right_motor.run(FORWARD);
  left_motor.run(FORWARD);
  delay(keeptime);

}

void moter_back(int L_duty, int R_duty, int keeptime){
  Serial.println("Backward");
  right_motor.setSpeed(R_duty);
  left_motor.setSpeed(L_duty);
  right_motor.run(BACKWARD);
  left_motor.run(BACKWARD);
  delay(keeptime);

}

void moter_left(int L_duty, int R_duty, int keeptime){
  Serial.println("Left");
  right_motor.setSpeed(R_duty);
  left_motor.setSpeed(L_duty);
  right_motor.run(FORWARD);
  left_motor.run(BACKWARD);
  delay(keeptime);

}

void moter_right(int L_duty, int R_duty, int keeptime){
  Serial.println("Right");
  right_motor.setSpeed(R_duty);
  left_motor.setSpeed(L_duty);
  right_motor.run(BACKWARD);
  left_motor.run(FORWARD);
  delay(keeptime);

}

void moter_stop(int keeptime){
  Serial.println("Stop");
  right_motor.run(RELEASE);
  left_motor.run(RELEASE);
  delay(keeptime);

}


void right_check(){

  servo1.write(45); //right
  delay(300);
  Serial.print("Right:");
  float r_cm = measure();

  if(r_cm < 19){
      moter_stop(10);
      moter_left(150,150,15);
  }
}

void forward_check(){

  servo1.write(83); //forward
  delay(300);
  Serial.print("Forward:");
  float distance = measure();

  if (distance < 13){
      avoid();
  }
}

void left_check(){

  servo1.write(134); //left
  delay(300);
  Serial.print("Left:");
  float l_cm = measure(); 

  if(l_cm < 19){
     moter_stop(10);
     moter_right(150,150,15);
  }
}

void avoid(){
  Serial.println("Avoid");
  moter_stop(80);
  moter_back(150,150,600);
  moter_stop(80);
  servo1.write(0); //right
  delay(500);
  Serial.print("Right:");
  float r_cm = measure();
  servo1.write(173); //left
  delay(500);
  Serial.print("Left:");
  float l_cm = measure(); //forward
  servo1.write(83); //forward
  delay(300);

  if(r_cm > l_cm)  {
      moter_right(160,160,300);
  }
  else{
      moter_left(160,160,300);
  }
}

https://github.com/type89/arduino_auto_tank

動作デモ

障害物回避

袋小路からの復帰

工夫したところ

壁への角度が浅い場合にうまく検知できないので、45度の角度で首振りするようにしました。
正面衝突を防ぐため、前進する速度は最低限にしました。
- 赤外線センサの併用は「あること・ないこと日記」に記載の記事を参考にさせていただきました。超音波センサーで検知できないことも多いため、効果は大きいです。
バック、旋回を出力を強めにして、絨毯の上でも鋭く曲がれるようにしました。曲がりすぎないように時間は短時間に調整しています。
L293Dモータシールドの規定のサーボのコネクタを利用すると、サーボモータの駆動にArduinoの電源（006P）を使用してしまいます。006Pの電力消費を抑えるため、DCモータ用の電源（単3*4）から取得するよう接続しました。（マイナスの配線を電池のマイナスとArduinoのGNDに分岐させることが必要。）
温度センサを追加し、気温に基づいて音速を測定するよう修正しました。（2019/7/22追記）
Bluetoothでシリアル通信できるよう、モーターシールドを改造しました。RXピン・TXピンは使用していないので、シールドの該当ピンに直接ケーブルをハンダ付けしました。（2019/7/27追記）

作者のサイト

http://type89.pythonanywhere.com/