Bei der Linienverfolgung mit zwei Sensoren kommt es auf eine sauber abgestimmte Proportionalregelung an. Zwei Farbsensoren erfassen die Linie gleichzeitig und ermöglichen eine präzisere Steuerung als ein einzelner Sensor. Entscheidend sind die Wahl der Regelung, die Geschwindigkeit und der Abstand der Sensoren zur Radachse.
Warum zwei Sensoren die Linienführung verbessern
Ein einzelner Farbsensor folgt der Kante der Linie. Dieser einfache Algorithmus arbeitet langsam und stabil, bleibt aber auf eine Seite der Linie beschränkt. Bei einer Umkehrung von Schwarz und Weiß kann der Roboter der jeweils anderen Kante folgen. Ein Zielwert von 50 und eine erweiterte Regelspanne von -75 bis 75 verbessern die Steuerung. Ein kubischer Regler kann Schwingungen zusätzlich verringern.
Mit zwei Sensoren folgt der Roboter der Linie zwischen den beiden Messpunkten. Sind beide Sensoren auf Weiß, fährt er geradeaus. Erkennt ein Sensor Schwarz und der andere Weiß, korrigiert der Roboter seine Richtung. Melden beide Sensoren Schwarz, kann der Algorithmus eine Kreuzung erkennen und anhalten. Diese Zustände lassen sich mit verschachtelten Schaltern umsetzen.
Wie wird die Proportionalregelung eingerichtet?
Für die Linienverfolgung werden zwei Lichtsensoren an den Anschlüssen 1 und 2 verwendet. Die Sensoren bewegen sich gemeinsam mit dem Roboter und liefern fortlaufend Messwerte. Je nach Aufbau kann eine Relaisregelung oder eine Proportionalregelung zum Einsatz kommen.
Bei der Proportionalregelung wird die Abweichung vom Zielwert in eine Korrektur der Motorgeschwindigkeit umgerechnet. Ein höherer Faktor macht die Reaktion direkter, kann aber stärkere Schwingungen verursachen. Ein niedriger Faktor führt zu einer ruhigeren, jedoch langsameren Fahrt. Die passenden Werte sollten durch Tests auf der jeweiligen Strecke ermittelt werden.
Auch der Abstand der Sensoren zur Radachse beeinflusst das Verhalten. Eine Anpassung der Sensorposition, der Koeffizienten und der Geschwindigkeit kann die Linienführung verbessern. Zusätzlich lohnt es sich, Sensoren oder Motoren zu tauschen, wenn die Reaktion des Roboters nicht gleichmäßig ausfällt.
Wann ist ein Neustart des Tests sinnvoll?
Ein neuer Testlauf ist sinnvoll, wenn der Roboter die Linie wiederholt an derselben Stelle verliert oder die Sensoren widersprüchliche Werte liefern. Verschmutzte Sensoren, eine ungleichmäßige Beleuchtung und stark wechselnde Linien können die Messung beeinträchtigen. Deshalb sollte die Strecke unter verschiedenen Bedingungen geprüft werden.
Bei einer erkannten Kreuzung melden beide Sensoren Schwarz. Dieser Zustand sollte nur dann zum Anhalten führen, wenn die Strecke tatsächlich eine Kreuzung enthält. Andernfalls muss die Erkennung angepasst werden. Verschachtelte Schalter helfen dabei, die drei grundlegenden Zustände klar voneinander zu trennen.
Welche Alternative eignet sich für Einsteiger?
Ein alternatives Bildungssystem für jüngere Lernende nutzt zwei mittlere Motoren, zwei Steuereinheiten und einen Bewegungssensor. Das Projekt basiert auf zwei Bausätzen. Kostenlose Anleitungen und visuelle Programmierbeispiele erleichtern den Einstieg und eignen sich bereits für Kinder im Kindergartenalter.
Für einfache Modelle und erste Programmierübungen ist dieses System gut geeignet. Wer eine präzise Linienverfolgung mit zwei Sensoren entwickeln möchte, kann dagegen ein leistungsfähigeres Robotiksystem mit Proportionalregelung verwenden.
Wie lässt sich die Linienverfolgung verbessern?
Die wichtigsten Stellschrauben sind der Abstand der Sensoren zur Radachse, die Geschwindigkeit und die Regelkoeffizienten. Beginne mit einer niedrigen Geschwindigkeit und erhöhe sie schrittweise, sobald der Roboter die Linie sicher hält. Zeichnen sich starke Schwingungen ab, sollte der Proportionalfaktor reduziert oder ein kubischer Regler eingesetzt werden.
Tests auf geraden Abschnitten, in Kurven und an Kreuzungen zeigen, welche Einstellungen zuverlässig funktionieren. Notiere dabei die Reaktion der Sensoren und die Stellen, an denen der Roboter von der Linie abweicht. So lassen sich Programm und Mechanik gezielt anpassen.