Pathfinder: Arduino UNO障害物回避ロボットキット - 部品と仕様

キット構成部品

部品	数量	備考
Arduino UNO	1	メインコントローラー
超音波距離センサー HC-SR04	1	障害物検知用
Li-ionバッテリー 1000mAh	2	電源
RGB LED (共通カソード、拡散型)	1	状態表示用
ブザー	1	警告音用
330Ω 抵抗	3	LED電流制限
USB A-Bケーブル	1	書き込み/給電用
ジャンパワイヤ	20	配線用

必要な工具

• Arduino Materia 101 (3Dプリンタ、シャーシ造形用)
• ドライバーセット

使用ソフトウェア

• Arduino IDE
• Autodesk Fusion 360 (シャーシ設計)

プロジェクト概要

概要

Arduino UNOとAdafruit Motor Shieldをベースに、超音波センサーをサーボモーターに搭載して180度スキャンし、障害物を検知して自律回避するロボットです。磁気ブザーとRGB LEDで検知状態とモーター速度を4段階で表示します。

動作仕様

• 所定距離内の障害物を検知
• サーボで左右をスキャンし、より開けた方向へ進路変更
• ブザーとLED色で検知レベルと速度段階を通知
• 完全自律動作 (外部操作不要)

ライブラリとピン定義

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

#define BuzzPIN A0
#define TrigPIN A1
#define EchoPIN A2
#define LEDBPIN A3
#define LEDGPIN A4
#define LEDRPIN A5
#define DCMROFF 25  // モーター差補正

動作ロジック (距離による4段階制御)

距離	動作	LED色	ブザー	速度
< 30cm	後退→回避旋回	赤	ON	100 (低速)
30-60cm	前進	青	OFF	150
60-90cm	前進	緑	OFF	200
≥ 90cm	前進	白 (全点灯)	OFF	250 (最高速)

回避アルゴリズム

1. 障害物検知で停止・後退
2. サーボを右(12°)→左(160°)に振って距離測定
3. 距離が長い方へ旋回 (同程度なら180°旋回)
4. 中央(80°)に戻して前進再開

ソースコード (全文)

#include <AFMotor.h>
#include <Servo.h>
#define BuzzPIN A0
#define TrigPIN A1
#define EchoPIN A2
#define LEDBPIN A3
#define LEDGPIN A4
#define LEDRPIN A5
#define DCMROFF 25

AF_DCMotor M1(1, MOTOR12_64KHZ);
AF_DCMotor M2(2, MOTOR12_64KHZ);
Servo SER1;

int Search() {
  float Duration = 0.0, CM = 0.0;
  digitalWrite(TrigPIN, LOW); delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TrigPIN, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TrigPIN, LOW);
  Duration = pulseIn(EchoPIN, HIGH);
  CM = Duration / 58.8;
  return (int)CM;
}

int RightDistance, LeftDistance;
float Distance = 0.00;

void setup() {
  pinMode(BuzzPIN, OUTPUT);
  pinMode(TrigPIN, OUTPUT);
  pinMode(EchoPIN, INPUT);
  pinMode(LEDBPIN, OUTPUT);
  pinMode(LEDGPIN, OUTPUT);
  pinMode(LEDRPIN, OUTPUT);
  SER1.attach(10);
}

void loop() {
  SER1.write(80); delay(100);
  Distance = Search();
  if (Distance < 30) {
    digitalWrite(BuzzPIN, HIGH);
    digitalWrite(LEDBPIN, LOW); digitalWrite(LEDGPIN, LOW); digitalWrite(LEDRPIN, HIGH);
    M1.setSpeed(100); M2.setSpeed(100);
    ChangePath();
  } else if (Distance >= 30 && Distance < 60) {
    digitalWrite(BuzzPIN, LOW);
    digitalWrite(LEDBPIN, HIGH); digitalWrite(LEDGPIN, LOW); digitalWrite(LEDRPIN, LOW);
    M1.setSpeed(150); M2.setSpeed(150);
    Forward();
  } else if (Distance >= 60 && Distance < 90) {
    digitalWrite(BuzzPIN, LOW);
    digitalWrite(LEDBPIN, LOW); digitalWrite(LEDGPIN, HIGH); digitalWrite(LEDRPIN, LOW);
    M1.setSpeed(200); M2.setSpeed(200);
    Forward();
  } else {
    digitalWrite(BuzzPIN, LOW);
    digitalWrite(LEDBPIN, HIGH); digitalWrite(LEDGPIN, HIGH); digitalWrite(LEDRPIN, HIGH);
    M1.setSpeed(250); M2.setSpeed(250);
    Forward();
  }
}

void ChangePath() {
  Stop(); Backward(); Stop();
  SER1.write(12); delay(500); RightDistance = Search(); delay(500);
  SER1.write(160); delay(1000); LeftDistance = Search(); delay(500);
  SER1.write(80); delay(500);
  CompareDistance();
}

void CompareDistance() {
  if (RightDistance > LeftDistance) TurnRight();
  else if (LeftDistance > RightDistance) TurnLeft();
  else TurnAround();
}

void Forward() { M1.run(FORWARD); M2.run(FORWARD); }
void Backward() { M1.run(BACKWARD); M2.run(BACKWARD); delay(500); }
void TurnRight() { M1.run(BACKWARD); M2.run(FORWARD); M1.setSpeed(100+DCMROFF); delay(300); }
void TurnLeft() { M1.run(FORWARD); M2.run(BACKWARD); M2.setSpeed(100+DCMROFF); delay(300); }
void TurnAround() { M1.run(FORWARD); M2.run(BACKWARD); M2.setSpeed(100+DCMROFF); delay(700); }
void Stop() { M1.run(RELEASE); M2.run(RELEASE); delay(100); }

シャーシと回路図

3Dプリント用シャーシデータと回路図はプロジェクトページで公開予定。