Robot Line Follower to jeden z najpopularniejszych projektów w robotyce, idealny dla początkujących entuzjastów elektroniki i programowania.
Ten autonomiczny bolid śledzi czarną linię (o szerokości 15–20 mm) na białym podłożu lub odwrotnie, poruszając się z dużą precyzją po wyznaczonym torze. W tym przewodniku krok po kroku przejdziesz przez konstrukcję, dobór elementów, montaż, programowanie i optymalizację – zarówno dla zestawów DIY, jak i platform opartych na Arduino.
Zasada działania robota line follower
Robot wykrywa linię za pomocą czujników odbiciowych (fotodiody/fotorezystory z diodami LED), które analizują odbite światło. Czarna linia absorbuje światło, co zmienia sygnał z czujników; mikrokontroler przetwarza te dane i steruje silnikami, aby bolid podążał za linią.
Prosty algorytm z dwoma czujnikami działa następująco: jedzie prosto, gdy linia znajduje się pomiędzy nimi; sygnał z lewego czujnika powoduje skręt w lewo; sygnał z prawego – skręt w prawo. Zaawansowane wersje używają większej liczby sensorów (3–5), co zapewnia płynniejszą jazdę i lepszą korekcję toru.
Tor testowy wykonasz szybko z czarnej taśmy na białym tle – to najprostsze i skuteczne rozwiązanie do kalibracji.
Potrzebne elementy i materiały
Budowę możesz zrealizować na dwa sposoby: zestaw DIY do lutowania (dla nauki elektroniki) lub modułowa konstrukcja z Arduino (dla większej elastyczności programistycznej). Oto zestawienia z popularnych projektów.
Zestaw DIY do lutowania (prosty, tani bolid)
Takie zestawy (np. z elektroweb.pl czy mikrobot.pl) zawierają komplet części do samodzielnego montażu na płytce PCB. Czas składania: 1–2 godziny nawet dla nowicjuszy.
W typowym pudełku znajdziesz:
| Element | Ilość | Opis |
|---|---|---|
| Płytka PCB | 1 | Podstawa montażowa |
| Układ LM393 | 1 | Komparator do przetwarzania sygnałów z czujników |
| Fotodiody | 2 | Czujniki linii (dolne LED-y do oświetlenia) |
| Tranzystory | 2 | Sterowanie silnikami |
| Diody | 2 | Ochrona przed odwrotną polaryzacją |
| Rezystory | 10 | Różne wartości do obwodów |
| Kondensatory elektrolityczne | 2 | Stabilizacja napięcia |
| Potencjometry obrotowe | 2 | Regulacja czułości czujników |
| Silniki z reduktorem | 2 | Napęd z kołami ogumowanymi |
| Koszyk na baterie | 1 | Na 2×AA (3 V DC) |
| Włącznik bistabilny | 1 | Główny wyłącznik zasilania |
| Śruby, nakrętki, piasty, przewody | Zestaw | Montaż mechaniczny |
Specyfikacja – wymiary 104×73×55 mm, waga 170 g, zasilanie 3 V DC.
Zaawansowana konstrukcja z Arduino (dla customizacji)
Użyj platformy Arduino Uno R3 jako „mózgu” i skompletuj następujące moduły:
- moduł czujników – 2–5 czujników TCRT5000 z diodami LED, z regulowaną wysokością montażu;
- sterownik silników – L298N lub odpowiednik (mostek H do dwóch silników DC);
- podwozie – płyta z pleksi/akrylu, 2 silniki DC z kołami, ślizgacz z przodu (śruba M3/M5 z nakrętką);
- zasilanie – akumulator 7,4 V (Li‑ion/Li‑Po) lub baterie;
- przewody – przewody męsko‑męskie goldpin.
Koszt całości: ok. 100–200 zł (w zależności od sklepu i jakości podzespołów).
Montaż mechaniczny i elektryczny krok po kroku
1. Przygotowanie podwozia (bolidowa baza)
Wykonaj następujące czynności:
- wytnij pleksi na kształt bolidu (dł. 15–20 cm),
- zamocuj silniki z tyłu symetrycznie (odległość osi większa niż grubość linii),
- z przodu zamontuj ślizgacz – śruba M5 od góry, nakrętka tworząca „kopytko”, przylutowana od dołu,
- zamontuj koła na wkręty krzyżakowe z oponami gumowymi – nie dokręcaj ich zbyt mocno,
- umieść koszyk na baterie centralnie dla lepszego wyważenia.
2. Montaż elektroniki (dla zestawu DIY)
Śledź instrukcję PDF (polską wersję). Kolejność montażu wygląda następująco:
- lutowanie PCB – zacznij od elementów niskich (rezystory, diody), następnie kondensatory, potencjometry, LM393, gniazdo 8‑pin,
- umieść fotodiody i dolne LED‑y na spodzie podwozia (odległość 1–2 cm nad linią),
- doginaj nóżki i przycinaj nadmiar – wykonasz ok. 50 precyzyjnych lutów,
- podłącz silniki (4 przewody) i dodaj diody ochronne na wyprowadzeniach.
3. Schemat połączeń (wersja Arduino)
Połącz elementy w następujący sposób:
- czujniki podłącz do pinów analogowych/digital Arduino (np. A0, A1),
- sterownik silników: IN1–IN4 do pinów PWM (np. 9–12), silniki do OUT1/OUT2,
- zasilanie rozdziel: logika 5 V, silniki 7–12 V (wspólna masa); użyj przewodów męsko‑męskich.
Wskazówka – kalibruj czujniki na docelowym torze: naklej taśmę, zbliż moduł i obserwuj diody LED, aż uzyskasz wyraźne przełączanie.
Programowanie i uruchomienie
Dla Arduino – środowisko IDE
Aby uruchomić robota w Arduino IDE, postępuj tak:
- Pobierz i zainstaluj Arduino IDE, a następnie podłącz Arduino Uno przez USB.
- Skonfiguruj port i płytkę w IDE, po czym wgraj szkic line follower (dostępne przykłady online).
- Otwórz monitor portu szeregowego i wykonaj test jazdy prosto (np. komunikat „1 _100”); jeśli koła obracają się w przeciwną stronę, zamień przewody silników.
- Wybierz tryb line follower (np. komenda „11_1”), zresetuj układ i ustaw robota na torze.
Najprostszy algorytm decyzyjny odczytuje dwa czujniki i steruje skrętem; dla płynności warto dodać regulator PID (człony proporcjonalny, całkujący i różniczkujący).
Oto przykład uproszczonego fragmentu kodu:
// Przykład uproszczony
int leftSensor = analogRead(A0);
int rightSensor = analogRead(A1);
if (leftSensor > 500 && rightSensor > 500) {
goStraight(); // Prosto
} else if (leftSensor > 500) {
turnLeft(); // Lewo
} else if (rightSensor > 500) {
turnRight(); // Prawo
}
Dla zestawu DIY (bez programowania)
W tej wersji działa analogowy obwód z regulacją potencjometrów. Ustaw czułość na białym tle i na czarnej linii, a następnie umieść robota na torze, by zweryfikować poprawność reakcji.
Testy, optymalizacja i ulepszenia
Podczas uruchamiania i strojenia przydadzą się poniższe wskazówki:
- testy – zacznij od prostej linii, następnie dodawaj łagodne zakręty; dostosuj wysokość czujników eksperymentalnie;
- problemy – jeśli robot skręca zbyt ostro lub „zrywnie”, wykonaj tuning parametrów PID lub dodaj więcej czujników (3–5);
- kalibracja – zapewnij dobre oświetlenie stanowiska, unikaj refleksów na torze, ustaw próg detekcji dla bieli/czerni możliwie daleko od szumu tła.
Jeśli chcesz rozbudować projekt, rozważ następujące dodatki:
- Bluetooth do zdalnego sterowania i telemetrii,
- enkoder w silnikach do kontroli i pomiaru prędkości,
- RedBot Kit z gotowymi bibliotekami dla Arduino,
- zaawansowany tor z rozgałęzieniami i skrzyżowaniami.
Bezpieczeństwo – używaj okularów przy lutowaniu i zawsze sprawdzaj polaryzację zasilania przed uruchomieniem układu.