做一台循迹机器人：从模拟器到真实赛道

循迹车是最好的第一台机器人：感知、决策、运动全有，每部分都简单到完全懂。这条制作路线就把它当路线——不是零件单加接线照片照抄，一节点一节点解锁，每步先懂机制再动手。

先懂一排红外（IR）传感器怎么变成一个转向误差，比例-积分-微分（PID）环怎么把误差变成平滑运动。五个传感器是第一台的甜点：三个低速行但位置粗，八个高速分辨率细但接线标定复杂。把读数压成一个带符号数的加权平均——线左负、线右正——是转向环见过的唯一信号，所以这数算对比选什么板子重要得多。

这个信号接下来必须变成两个不同的轮速。差速驱动意味着机器人靠让两个轮子以不同转速转动来转向，而这条技术路线会带你从最基础的电机驱动出发，经过脉宽调制（PWM），再到把一个修正量变成左右两侧指令的运动学。你还会看到里程计在其中的位置：数清轮子转了多少，就能知道走了多远，以及为什么这个估计在没有外部参考时会漂移——而这个主题会在每一台迷宫机器人身上重新出现。

在花钱或者冒着接错线的风险之前，先在浏览器模拟器里把行为调好：画一条赛道，改变传感器数量和间距，拖动比例、积分、微分增益，同时观察误差、单圈时间和在赛道上的时间。模拟器是一个教学模型而不是硬件：它假设赛道平整且高对比、是二值的，假设标定完美、环境光不变、主循环完全周期化且没有轮子打滑。在这里得到的增益可以直接搬过去当作一个接近的起点，但你仍然要在自己的胶带赛道上重新标定阵列并重调参数。

只有到这一步才去接真实的机器人：反射阵列的输出接到支持模拟输入的引脚，PWM 和方向信号接到 L298N（逻辑引脚无法提供电机电流——真正切换电流的是双 H 桥），电机电源走独立的一路，并用一个共地把所有模块连在一起。最后一个节点是在真实胶带赛道上装配和迭代，把模拟器的增益搬过来，并针对表面材质、电池电压和循环时序做调整。同样的结构稍后还会出现在线迷宫机器人里——它在这台循迹车上又加了一层决策——所以把这个基础打扎实，等于省下两遍时间。

技术树从上往下跟。每节点前置做完解锁，进度存这台设备，周末做完不丢位置。

物料单

**合计约 $30–45。**单里最值的升级是带编码器的电机——这项目不用，但循迹几乎总长成线迷宫，那个要。

赛道：**哑光浅地面贴哑光黑胶带。**亮胶带错角度反得像白，亮地面一样，车这面好使那面跪，看着像软件问题。

怎么连

有两种故障占了大多数首次上电出现的问题，而且两者都不会给出任何报错。缺少共地会让方向信号失去参考，于是所有接线看上去都正确，机器人却一动不动。电机电流流经 Arduino 会让 5 V 电源轨下垂，导致板子复位，看上去像是软件崩溃。

里程碑制作

别整车接完再调。一阶段一测试，不过的阶段藏进下阶段。

里程碑 6 是大多数人跳过、而且不该跳过的一步。如果位置信号在黑线从两个传感器之间穿过时会跳变，任何控制环都调不好——这个不连续点在控制器看来就是一个突然出现的巨大误差，机器人每一圈都会在那个位置猛地一顿。这种跳变意味着要么阵列没有逐通道标定，要么某个通道的阈值把它过早地排除在外了。

做好长什么样

循环频率值得特别关注，因为它会在暗中限制其它所有指标。一个跑在 50 Hz 的控制循环每 20 ms 才看一次线，而在 0.5 m/s 的速度下，两次决策之间机器人已经走了 10 mm。把循环里的每一个 delay() 都去掉、并且只读取你真正用到的传感器，通常就能把第一台机器人的循环频率从 50 Hz 提升到几百赫兹，而跟踪效果会在不动任何增益的情况下变好。

故障排查

下一步去哪

循迹车是刻意设计成一块地基的，下面有三个方向可以直接从它长出来：

加上路口检测，它就变成了线迷宫机器人——底下的 PID 循环一模一样，只是在上面加了一层很薄的决策层，用来分辨岔路并记住走过的路线。这是最好的下一个项目，因为它把这里的一切都复用了，只新增一个真正的新想法。

加上编码器，你就能保持指令速度而不是指令占空比，这会彻底消除“电池电量下降就越跑越差”的问题，并让整趟运行中的调参结果保持稳定。

跑得更快，这听上去简单，学到的东西却最多。速度会把每一个近似假设都暴露出来：循环频率成为极限，阵列需要更靠前以获得提前量，弯道必须在到达之前减速而不是之后，轮胎也开始打滑。最后这一条就是那道墙——关于它的位置，见轮子打滑与附着力。