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# System prepended metadata

title: 專題

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 # **循跡自走車**
群別   電機與電子群
成員   盧威辰、鄒興富、楊子泓
關鍵詞 偵測障礙 速度控制 辨識路徑

一.創作動機

1.技術的普及  隨著 AI 與無人駕駛技術的發展，了解「車輛如何感知環境」成為重點。
2.非接觸式感測需求  相較於觸碰式感測器，超聲波具有非接觸、距離測量精準的特性，能在不碰撞物體的情況下做出反應。
3.解決特定場景痛點  例如在危險工廠環境、自動倉儲運輸中，需要機器人能自動跟隨前方目標或避開障礙物，以減少人力成本。


二、作品特色與創意特質

1.智能感官  結合超聲波與舵機實現仿生轉頭偵測，讓車體具備180° 空間感知力，展現出如生物般觀察環境的特色。
2.多模態邏輯切換系統    整合避障與循跡雙重演算法，能在「追蹤目標」與「自動脫困」間自由切換，適應複雜多變的環境。
3.高效能驅動與平滑控制  採用 ㄐPWM 調速與 S 曲線加減速邏輯，確保車體移動流暢且定位精確，具備自動導引車特質。

三.創意發想與設計過程 

1.靈感啟發與需求定義    觀察自動化物流與智慧生活趨勢，以低成本超聲波技術取代傳統紅外線，解決非接觸式精準跟隨與空間感知的問題。
2.硬體的建構與感知配置  選用Arduino核心整合雙馬達驅動底盤，並將超聲波安裝於舵機上，建立具備 180 度視野與動態掃描能力的硬體平台。
3.邏輯開發與演算法調校  規劃「跟隨、避障、搜索」三位一體的控制邏輯，並導入 PID 控制理論與數據濾波，實現流暢且穩定的運動補償。
4.功能驗證與原型優化  透過反覆的場域測試與雜訊除錯，優化馬達反應速度並結合美化外觀設計，最終完成具備擬人化互動能力的智慧自走車。

四.設計相關原理

1.PID介紹
比例增益( P )  根據現在的誤差大小藉此來決定要修正的幅度。
積分增益( I  )  消除過去的誤差，防止停留在過去的誤差點。
微分增益( D )  據誤差變化預測未來趨勢，抑制過衝與震盪提升，系統穩定。
2.循跡自走車的功能:主要是利用感測器辨識路徑，並自主控制行進方向，常見功能包括：

**🟡路徑辨識（循線）**
 使用紅外線感測器、光敏電阻或攝影機
辨識地面上的黑線／白線或特定顏色路徑

**🟢自動轉向控制**
依感測結果即時調整左右馬達速度
保持車體沿著路線前進

**🟠速度控制**
可設定固定速度或依路況自動調整
進彎減速、直線加速

**🟣偏移修正**
當車輛偏離路線時，自動修正回正
常用 PID 控制提升穩定度
 
**⚪起點／終點判斷**
辨識特殊標記（如雙線、寬線）
用於停止、回程或切換模式

**🔵避障（進階功能）**
搭配超音波或紅外線距離感測器
在循線同時避免撞擊障礙物

**🔴資料回饋與顯示**
顯示感測值、速度或狀態（LED、LCD）
方便除錯與學習

五.作品功用與操作方式

1.作品的核心功用  具備自動偵測與智慧感知避障功能。
2.安全與環境感知  利用超聲波即時監控前方障礙物距離，在過近時自動減速或後退，確保移動過程中機器的安全。
3.直覺式互動操作   使用者僅需在車前方維持距離（如10到20cm），車輛即可透過聲波鎖定目標並進行流暢的加減速跟隨。

六.製作歷程說明

1.專案動機與目標
在自動化技術普及的背景下，我希望透過 Arduino 實作一台具備環境感知能力的自走車。
技術指標  實現精準黑線追蹤、動態障礙物偵測、以及雙模式自動切換。
應用場景  模擬無人倉儲搬運車的基礎導航邏輯。

2.系統架構設計本專案分為硬體建設與軟體邏輯兩大板塊
硬體組成 (Hardware)
控制核心   Arduino Uno R3，負責所有感測訊號的運算與馬達指令輸出。
動力系統   採用 L298N 雙橋驅動模組，能同時控制兩顆 TT 直流馬達的轉速與正反轉。
紅外線陣列  設置於車底前端，利用黑線吸收光、白地反射光的特性進行數位訊號回傳。
超聲波模組  結合 SG90 舵機，模擬雷達旋轉掃描，獲取 180 度的距離資訊。

體演算法(Software)
循跡演算法  採用「三點感測邏輯」。
          若中間偵測到黑線  全速前進。
          若左側偏離 左輪停止  右輪推進（向左校正）。
避障邏輯  當距離d小於20cm時，進入中斷程式。
車輛停止、舵機左看右看、比較兩側空間、旋轉至寬敞處。

3.關鍵製作過程與挑戰
第一階段  電路整合與電源管理
組裝初期  我發現馬達啟動時會產生強烈的反向電動勢，導致 Arduino 頻繁重新開機。
解決方案  採取「動力與邏輯供電分離」策略。使用 7.4V 鋰電池供給馬達，
並透過穩壓模組供給rduino 5V 乾淨電源，並在電路上並聯電解電容以濾除雜訊。

第二階段  感測器的靈敏度調校
紅外線循跡模組在不同的地面材質（如磁磚、木板）或環境光下表現不一。
解決方案   我在程式中加入了動態門檻值設定，並在硬體上調整電位器，確保在室內燈光下能穩定區分黑白邊界。

第三階段  避障路徑優化
最初的避障反應太過生硬，容易導致車體在死角打轉。
解決方案  優化邏輯流程圖，加入「後退再轉彎」的緩衝動作，
並透過 PWM 調整轉向速度，讓車輛在避障後能更平滑地重新捕捉到循跡線

七.作品工作表
|   鄒興富    |    楊子泓   |    盧威辰   |
|  --------  |  --------  |  --------  |
|組裝ardunio  |   蒐集資料  |   焊接線路   |
| 了解線路結構 |   組裝車身   |  研究零件   |
|   組裝線路  |  組裝電路板   |  蒐集資料  |
  
  
八.進度日誌

2025/10/27 蒐集資料
2025/11/03 搜尋相關作品影片參考
2025/11/17 了解線路結構
2025/11/24 組裝車身
2025/12/08 搜尋Pid 研究討論
2025/12/15 組裝線路 組裝電路板 
2025/12/22 組裝線路 組裝ardunio 
2025/12/29 組裝線路
2025/01/05 製作報告
|    盧威辰   |   鄒興富   |    楊子泓   |
|  --------  | --------  |  --------  |
| 組裝貢獻100 | 組裝貢獻100 | 組裝貢獻100 |
| 報告貢獻100 | 報告貢獻100 | 報告貢獻100 | 