ライントレーサーを作ろう

1 はじめに
 ライントレーサーとは図1のように白い紙の上に引かれた黒線に沿って自動的に走る模型自動車のことをいいます。
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図1 ライントレースカー                     

2 ライントレーサーのしくみを知ろう
 このライントレーサーは図2のように3輪車です。後の右と左の車輪がそれぞれのモーターで回転するので真直ぐ走ったり、右や左に方向を変えることができます。
 また、前方にラインセンサーが2個付いています。ラインセンサーによってどっちに曲がれば良いのかわかります。電子回路で左右のモーターを回転させたり止めたりして黒線に沿って走ります。 
 図3にラインセンサーの状態でどう動くか示します。


図2 ライントレーサーの各部名称


左右ラインセンサー白紙上
   ↓
左右モータ回転
   ↓
直進する


右ラインセンサー黒線上 
   ↓
左モータ回転、右モータ停止
   ↓
右へ曲がる


左ラインセンサー黒線上
   ↓
右モータ回転、左モータ停止
   ↓
左へ曲がる


左右ラインセンサー黒線上
   ↓
左右モータ停止
   ↓
止まる

図3 ライントレーサーの動作 ← ここをクリックすると動画が見られます。

■ ラインセンサーの原理

 ラインセンサーは発光ダイオード(LED)とフォトトランジスタを一組にしたものです。
 図4に示すように、LEDから発した光が白色床で反射してフォトトランジスターに入るとフォトトランジスターに電流が流れます。
 黒テープの上にあるときはLEDの光は反射しないのでフォトトランジスターに電流は流れません。
 フォトトランジスターに電流が流れているかいないかで黒テープ上か白色床かがわかります。

図4 ラインセンサーの原理

■ モーターをオン・オフする原理

 トランジスターとは電流を大きくしたり、小さな電流で大きい電流をスイッチすることのできる半導体です。図5に示したようにトランジスターにはB(ベース)、C(コレクター)、E(エミッター)の3つの電極があります。いま、BからEに小さい電流をながすと、CからEに大きい電流を流すことができます。BからEに電流を流さないと、CからEに電流は流れません。ちょうどスイッチのように働きます。
 このBにラインセンサーのフォトトランジスターをつないでみるとどうなるでしょうか? 白色床の上ならばフォトトランジスターに電流が流れるのでトランジスターのBからEに電流は流れます。したがって図5のようにモータを接続するとモーターが回転します。
 すなわち、白床上ではモーターが回り、黒テープ上ではモーターが停止することになります。

図5 トランジスターの原理

■ ライントレーサーの電子回路

 ラインセンサーとモーターのオン・オフの回路を全体をまとめると図6の回路図になります。
 回路図中のTLR125とあるのがLEDです。LEDと直列につながっている120Ωとあるのが抵抗です。抵抗の値を大きくするとLEDの光が弱くなります。
 PT380とあるのがフォトトランジスターです。フォトトランジスターの下に68Ωと50kとあるのはラインセンサーの感度を調整する抵抗です。50kは半固定抵抗といい、ラジオのボリュームのようにドライバーで回転させると抵抗値が変化します。2SD1276Aとあるのがトランジスターです。
 電源は単3電池を2本直列にした3Vです。

図7はプリント基板上に作成された電子回路と配線です。
図8は電子回路に使われる部品の実際の形です。

図6 電子回路図

図7 プリント基板と配線

図8 実際の部品形状

3 購入する部品

 次の表にある部品を購入してください。秋葉原にある電子部品屋さんならどこでも入手できます。たとえば千石電商ならすべての部品が購入できます。

番号 部品名 型番 個数 備考
1 トランジスター 2SD1276A 2 同等品なら何でも可
2 フィトトランジスター PT380など 2 同等品なら何でも可
3 発光ダイオード TLR125など 2 同等品なら何でも可
4 半固定抵抗 50k 2  
5 抵抗 100Ω 2  
6 抵抗 68Ω 2  
7 コンデンサー 0.1μ 2  
8 ユニバーサル基板 50x30程度 1  
9 電池ボックス 単3x2用 1 SW付き
10 電池 単3 2  
11 電線   少々 2色各20cmくらい
12 ギヤボックス ツインモータ 1 タミヤ
13 車輪 トラックタイヤ 1 タミヤ
14 ボールキャスター φ13 1  
15 アクリル板 t1〜2 1 60×120(プラ板でも可)
16 スチレンボード t5 1 A4程度 ボディ用
17 スチレン糊   1  

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中央工学校 メカニカルデザイン科