プラレールの自動閉塞システムを作ってみた #C++

Arduinoを用いた簡易的な自動運転

Arduinoを用いて、プラレールの閉塞システムを作ってみた。目標は同一レール上でできるだけ多くの車両を走らせ、東海道新幹線のような過密な運行を再現することとした。今回のシステムにおいて、サーボやセンサーの取り付けは外付け方式とし、プラレールの製品には加工を加えないことを目指した。

実際の動画

プラレールで作った自動閉塞システム

自動で退避、相互発着を繰り返します。

Arduino Unoとセンサー、自動化した部品を組み合わせて、レール上に5つの閉塞を定め、4本の車両走らせてます。車両の改造は全くしていません。

試運転の時に撮った映像です。#プラレール #閉塞運転 pic.twitter.com/uCXJNQdLDy
— Rail_tech700 (@RTech700) September 10, 2020

自動運転のアルゴリズム

プラレールのレイアウト上をいくつかの閉塞に区切り、車両を走らせていく。この時、1閉塞には1車両しか入れないというルールがある。これは実際の鉄道と同じである。
理論的にはn個の閉塞を用意した時、最大n-1本の車両が走ることが可能である。閉塞の間には車両を検知するセンサーを設置し、車両の位置を検出する。車両はストップレールを用いて動きを調整する。閉塞情報は配列で管理しており、空いている閉塞があったらストップレールを操作して車両を入れるという動作を繰り返している。

　今回は5閉塞を定め、4本の車両を走らせる。レイアウト上には２つの駅を設置し、一つは通過待ちのある待避駅、もう一つは全ての列車が設置する相互発着駅とした。

閉塞の位置
1. 相互発着駅の1番線
2. 相互発着駅の2番線
3. 相互発着駅から退避駅までの区間
4. 待避線上
5. 退避駅から相互発着駅の区間

製作した閉塞システムのパーツ

1. ポイント
　2つのポイントを作成した。複線幅広ポイントレールと単線複線ポイントレールである。安定性は悪いが、加工を加えない条件があるので、両面テープを用いてサーボの固定を行った。サーボのウィングと分岐器は針金で固定した。

図1　簡易的に自動化した単線複線ポイントレール(レールに加工は加えていない)

図2　自動化した複線幅広ポイントレール（表面）

図3　自動化した複線幅広ポイントレール（裏面）

2. センサー
　最も悩んだところである。暗い場所でも検知ができるようにフォトリフレクターを使用した。当初は小型のセンサーを直線レールに埋め込んでいたが、モジュール化するのに時間がかかることとセンサーの反応が悪いことにより、別のセンサーを作成した。
試行錯誤した結果、小型のブレットボード上にセンサーを取り付けることとした。使用したブレットボードはプラレールの複線橋脚の溝にはまるので固定も簡単である。これにより1つ5分以内でセンサー作成が可能となった。

図4　初代のセンサレール（表面）