Εργασία για το μάθημα Ενσωματωμένα Συστήματα
Υλοποίηση αυτόνομου ρομπότ παρακολούθησης γραμμής με Raspberry Pi Pico και έλεγχο PD
Το παρόν έργο αφορά τον σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός αυτόνομου Line Follower Robot, δηλαδή ενός ρομπότ που ακολουθεί μια μαύρη γραμμή πάνω σε λευκό υπόστρωμα.
Ο έλεγχος κίνησης βασίζεται σε PD controller (Proportional-Derivative) με δυναμική ανάγνωση 5 υπέρυθρων αισθητήρων και αυτόματη βαθμονόμηση (calibration) κατά την εκκίνηση.
| Εξάρτημα | Μοντέλο / Περιγραφή |
|---|---|
| Μικροελεγκτής | Raspberry Pi Pico |
| Driver Κινητήρων | DRV8835 Dual Motor Driver Carrier |
| Τροφοδοτικό | Pololu 5V 500mA Step-Down Voltage Regulator D24V5F5 |
| Αισθητήρες IR | Waveshare Infrared Line Tracking Tracker Sensor |
| Κινητήρες | N20 DC 3V–6V Micro Reduction Motor (Pure Steel Metal Gear) |
| Μπαταρία | 7.4V 800mAh LiPo Battery 25C (2S) |
| Ρόδες | ZJ327 3PI miniQ N20 Motor Rubber Wheel — Ø34mm × 7mm |
| Βάση Κινητήρων | Mounting Bracket for N20 Micro Gear Motors |
| Σκελετός | Βάση PVC (λευκό χρώμα) |
| Καλώδια | Dupont Female-to-Female / Male-to-Female / Male-to-Male — 10/15/20/30/40cm |
Συνολικό Μήκος : 170 mm
Μέγιστο Πλάτος : 80 mm (πίσω)
Μεταξόνιο : 70 mm
Θέση Caster : 50 mm από μπρος / ύψος 30 mm
Το πλαίσιο φιλοξενεί:
- Θέση Μπαταρίας — 2S 800mAh LiPo (κεντρικά)
- Θέση Βάσης Μοτέρ — πίσω δεξιά
- Caster — μπροστά για ισορροπία
line-follower-robot/
│
├── main.py # Κύριος κώδικας MicroPython (PD controller)
└── README.md # Αυτό το αρχείο
| Αισθητήρας | Τύπος | GPIO Pin |
|---|---|---|
| IR1 (αριστερά άκρο) | Digital (PULL_UP) | GP2 |
| IR2 | Analog ADC | GP28 |
| IR3 (κέντρο) | Analog ADC | GP27 |
| IR4 | Analog ADC | GP26 |
| IR5 (δεξιά άκρο) | Digital (PULL_UP) | GP6 |
| Κινητήρας | IN1 | IN2 |
|---|---|---|
| Motor A (Αριστερά) | GP16 (PWM) | GP17 (PWM) |
| Motor B (Δεξιά) | GP14 (PWM) | GP15 (PWM) |
base_speed = 35000 # Βασική ταχύτητα (0–65535)
Kp = 8000 # Proportional gain
Kd = 15000 # Derivative gain1. CALIBRATION (3 δευτερόλεπτα)
└─ Διαβάζει IR3 πάνω σε μαύρο, IR2/IR4 πάνω σε λευκό
└─ Υπολογίζει THRESHOLD = avg_black + (avg_white - avg_black) × 0.3
2. MAIN LOOP
├─ Διαβάζει 5 αισθητήρες → vals[0..4]
├─ Αν sum(vals) > 3 → STOP (διασταύρωση / εμπόδιο)
├─ Αν active == 0 → στροφή προς last_direction
└─ Αλλιώς → PD correction
error = Σ(weight_i × val_i) / active
P = Kp × error
D = Kd × (error - last_error)
left_mot = base_speed + correction
right_mot = base_speed - correction
IR1: -2 | IR2: -1 | IR3: 0 | IR4: +1 | IR5: +2
Αρνητική τιμή → εκτροπή αριστερά → διόρθωση δεξιά, και αντίστροφα.
- Thonny IDE ή
mpremote - Raspberry Pi Pico με MicroPython firmware
# 1. Κατέβασε το αποθετήριο
git clone https://github.com/giannis032/line-follower-robot.git
cd line-follower-robot
# 2. Άνοιξε το main.py στο Thonny IDE
# 3. Σύνδεσε το Pico μέσω USB
# 4. Αντέγραψε το main.py στο Pico (Run → Upload current script)
# 5. Τοποθέτησε το ρομπότ στη γραμμή & τρέξεΚατά την εκκίνηση, το ρομπότ περιμένει 3 δευτερόλεπτα:
- Τοποθέτησε τον κεντρικό αισθητήρα (IR3) πάνω στη μαύρη γραμμή
- Τοποθέτησε τους IR2 & IR4 πάνω στο λευκό
- Το threshold υπολογίζεται αυτόματα
- ✅ Αυτόματο calibration κατά την εκκίνηση
- ✅ PD controller με δυναμική ενίσχυση (1.8× / 2.0× σε έντονες στροφές)
- ✅ Median filter για σταθερές ADC μετρήσεις
- ✅ Αυτόματη ανίχνευση διασταύρωσης / άκρου γραμμής
- ✅ PWM έλεγχος ταχύτητας και κατεύθυνσης κινητήρων
- ✅ Recovery όταν χαθεί η γραμμή (last_direction)
| Μάθημα | Ενσωματωμένα Συστήματα |
| Γλώσσα | MicroPython |
| Πλατφόρμα | Raspberry Pi Pico |
Το έργο διατίθεται για εκπαιδευτικούς σκοπούς.