黒い線をたどって走る「ライントレースロボット」の作り方と制御理論

// ピン設定
const int SENSOR_LEFT   = A0;
const int SENSOR_CENTER = A1;
const int SENSOR_RIGHT  = A2;

const int MOTOR_LEFT_PWM  = 5;
const int MOTOR_RIGHT_PWM = 6;

// パラメータ調整
const int BASE_SPEED = 150; // 基本スピード (0~255)
const float KP = 0.5;       // Pゲイン（コースに合わせて調整）

void setup() {
  pinMode(MOTOR_LEFT_PWM, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR_RIGHT_PWM, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 1. 各センサーのアナログ値を読み取る（黒：数値が大きい / 白：数値が小さいと仮定）
  int valL = analogRead(SENSOR_LEFT);
  int valR = analogRead(SENSOR_RIGHT);

  // 2. 左右の差から「ズレ（Error）」を計算
  int error = valR - valL; // 右に寄るとプラス、左に寄るとマイナス

  // 3. P制御による補正量を算出
  int turn = error * KP;

  // 4. 左右のモーター速度を決定
  int leftSpeed  = BASE_SPEED + turn;
  int rightSpeed = BASE_SPEED - turn;

  // 5. 0〜255の範囲に収める（制限処理）
  leftSpeed  = constrain(leftSpeed, 0, 255);
  rightSpeed = constrain(rightSpeed, 0, 255);

  // 6. モーターに速度を出力
  analogWrite(MOTOR_LEFT_PWM, leftSpeed);
  analogWrite(MOTOR_RIGHT_PWM, rightSpeed);
}

6. 上達のためのチューニングテクニックとトラブル対策

プログラムを書いたら、実際のコースを走らせてパラメータを微調整（チューニング）していきます。

① 「しきい値（閾値）」のキャリブレーション

部屋の明るさやライトの当たり具合によって、「白」と「黒」のセンサー数値は毎日変わります。

走らせる前に、「白い場所の数値」と「黒い場所の数値」を読み取って中間値（しきい値）をプログラム上で自動計算させる「キャリブレーション処理」を入れておくと、どんな場所でも安定して走れるようになります。

② センサーの高さと傾きを調整する

センサーと床の距離は「3mm〜5mm程度」が最も感度が良くなります。遠すぎると光が拡散して白黒の区別がつかなくなり、近すぎると擦ってしまいます。

③ ゲイン（Kp）の調整手順

1. まずKpを小さな値（0.1など）にする。

2. 直線は走るがカーブで曲がりきれない場合、徐々にKpを大きくしていく。

3. 大きくしすぎて直線で蛇行（ウネウネ）し始めたら、少し値を戻す。

7. まとめ：制御理論を学んでマシンを極限まで加速させよう！

今回のまとめです。

1. ライントレースは赤外線センサーで床の反射光（白/黒）を読み取るのが基本！

2. 最初は「オン・オフ制御（If文）」で確実に動く楽しさを知ろう！

3. 滑らかに走らせたいなら「P制御（ズレに応じた補正）」を取り入れよう！

4. 速さを追求するなら「PID制御」をマスターして、吸い付くようなコーナーリングを目指そう！

「自分の書いた数式やプログラムによって、ロボットの走りの質が劇的に変わる」

これこそが、ロボットプログラミングの最大の醍醐味であり快感です。

まずは2つのセンサーとシンプルなコードからスタートし、少しずつP制御やPID制御に挑戦して、コース最速のマシンを作り上げてみてください！