論文の概要: LineMaster Pro: A Low-Cost Intelligent Line Following Robot with PID Control and Ultrasonic Obstacle Avoidance for Educational Robotics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.13907v1
- Date: Sat, 14 Mar 2026 11:42:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-17 16:19:35.479399
- Title: LineMaster Pro: A Low-Cost Intelligent Line Following Robot with PID Control and Ultrasonic Obstacle Avoidance for Educational Robotics
- Title（参考訳）: LineMaster Pro:教育ロボットのためのPID制御と超音波障害物回避機能を備えた低コストインテリジェントライン追従ロボット
- Authors: Jeni Shahi, Abhishek Shah, A. S. M. Ahsanul Sarkar Akib,
- Abstract要約: LineMaster ProはArduino Nanoプラットフォーム上で実装された、インテリジェントで低コストなラインフォローロボットである。
PIDの実装は従来のオンオフ制御よりも43%改善されている。
LineMaster Proは商用版に比べて94%のコスト削減を実現している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2903728931592395
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Line following robots are fundamental platforms in robotics education, yet commercially available solutions remain prohibitively expensive ($150-300$) while lacking integrated obstacle detection capabilities essential for real-world applications. This paper presents LineMaster Pro, an intelligent low-cost line following robot implemented on an Arduino Nano platform that integrates dual TCRT5000 infrared sensors for precision line tracking, an HC-SR04 ultrasonic sensor for real-time obstacle detection, a digitally tuned PID controller with Ziegler-Nichols optimization, and a hierarchical finite state machine for robust obstacle avoidance. A systematic four-phase sensor calibration methodology ensures reliable operation across varying lighting and surface conditions. Experimental validation through 200 controlled trials and 72-hour continuous operation demonstrates mean tracking accuracy of 1.18 cm at 0.4 m/s (95\% CI [1.06, 1.30]), obstacle detection reliability of 96.7\% within 10-40 cm range with 0.7\% false positive rate, and 94\% successful recovery from path deviations. The PID implementation achieves 43\% improvement over conventional on-off control ($p<0.001$). At a total hardware cost of \$28.50 based on verified Bangladesh market prices, LineMaster Pro achieves a 94\% cost reduction compared to commercial alternatives, establishing a practical benchmark for accessible robotics education in resource-constrained environments.
- Abstract（参考訳）: ラインフォローロボットはロボティクス教育の基本的なプラットフォームだが、商業的に利用可能なソリューションは、現実のアプリケーションに必要な障害物検出機能を欠いているにもかかわらず、違法に高価(150～300ドル)である。
本稿では,Arduino Nanoプラットフォーム上に実装された知的低コストライン追従ロボットのLineMaster Proと,高精度ライントラッキングのための2台のTCRT5000赤外線センサ,リアルタイム障害物検出のためのHC-SR04超音波センサ,Ziegler-Nichols最適化によるディジタルチューニングPIDコントローラ,頑健な障害物回避のための階層的有限状態マシンを提案する。
系統的な4相センサキャリブレーション手法により、様々な照明条件と表面条件の信頼性の高い動作が保証される。
200回の制御試験と72時間の連続運転による実験的検証では、平均追跡精度は0.4 m/s (95\% CI [1.06, 1.30])、障害物検出信頼性は10～40cmの範囲で96.7\%、偽陽性率は0.7\%、経路偏差から94\%が回復した。
PID の実装は従来のオンオフ制御 (p<0.001$) よりも43 % 改善されている。
バングラデシュの市場価格の検証に基づいて、総ハードウェアコストが28.50ドルで、LineMaster Proは商業的な代替品に比べて94.5%のコスト削減を実現し、資源に制約のある環境でのロボティクス教育の実践的なベンチマークを確立した。
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