Raspberry Pi で障害物回避ロボットを自作 – 初心者ガイド

Raspberry Pi 初心者で、ソフトウェアとハードウェアを融合した実践的なプロジェクトを探しているなら、このガイドが最適です。Python で制御する赤外線センサー搭載の障害物検知・回避ロボットの構築手順を解説します。

障害物回避ロボットはロボティクス学習に人気で、驚くほど簡単に組み立てられます。このチュートリアルに従えば、信頼性の高い物体回避機能をロボットに追加でき、Python と Raspberry Pi の GPIO エコシステムを探求できます。

必要なもの

1. Raspberry Pi B、B+、2、3、4 および基本周辺機器（SD カード、キーボード、マウス、電源）。
2. IR 距離センサーモジュール（例：人気の 4 チャンネル IR センサー）。
3. シャーシに適したトルクのギアード DC モーター。
4. L293D モータードライバーボード。
5. ロボットシャーシとホイール。
6. 安定性用キャスターホイール。
7. ブレッドボードと両面テープ。
8. オス-オス / メス-オス ジャンパーワイヤー。
9. 9 V 電池と適切なコネクター。
10. プッシュボタンと 220 Ω 抵抗（電源オン制御用）。

仕組み

ロボットの核心機能は、5-6 cm 範囲内の物体を検知する 2 つの IR センサーに依存します。物体があるとセンサーの出力ピンが LOW（0 V）に、物体がないと HIGH（5 V）のままです。Raspberry Pi はこれらのデジタル信号を GPIO ピンで読み取り、添付の Python スクリプトがモーターを適切に制御します。

IR（赤外線）モジュールは IR LED 送信機とフォトダイオード受信機で構成されます。物体が放出された赤外線の一部を反射して受信機に戻すと、近接を示す LOW 信号が発生。これらの信号は Pi の GPIO 入力にルーティングされます。

ロボット起動時（プッシュボタン押下でトリガー）、Pi は L293D ドライバー経由で DC モーターを前進させます。IR センサーが障害物を検知すると、スクリプトはまずモーターを短時間逆転させ、続いて旋回して障害物を回避します。

ステップ 1：IR センサーの配線

センサーに Raspberry Pi から 5 V と GND を供給し、出力ピンを GPIO ピン 3 と 16 に接続（公式 GPIO ピンアウト図 参照）。ボードの GPIO.BOARD モードではヘッダー上の見た目通りにピン番号が割り当てられます。

以下のスクリプトを irtest.py として保存：

import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# 右センサー (GPIO 3)
GPIO.setup(3, GPIO.IN)
# 左センサー (GPIO 16) プルアップ付き
GPIO.setup(16, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
while True:
    right = GPIO.input(3)
    left = GPIO.input(16)
    if right == 0:
        print "Obstacle detected on Right", right
        time.sleep(0.1)
    elif left == 0:
        print "Obstacle detected on Left", left
        time.sleep(0.1)

sudo python irtest.py で実行。センサーに手をかざすと、コンソールにどちら側が障害物を検知したか表示されます。

ステップ 2：L293D ドライバー経由でモーターを接続

L293D に 9 V 電池で給電（プラスを + ピン、マイナスを – ピン）。ボードのグラウンドを Raspberry Pi の GND に接続。モーター出力をドライバーの出力ピンに、制御ピンを追加の GPIO に配線（ピン定義は L293D データシート 参照）。モーター配線完了後、スクリプトで前進、後退、旋回を指令できます。

ハードウェア組み立て後、Raspberry Pi に電源を入れ、プッシュボタンを押せば、障害物を回避しながらナビゲートするロボットの完成です。

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