LineMaster Pro：一种低成本智能线跟随机器人，集成PID控制与超声波避障，用于教育机器人
机器人学
2026-03-17 v1 计算机视觉与模式识别
摘要
线跟随机器人是机器人教育的基础平台，然而商业可用方案仍然价格高昂（150-300美元），同时缺乏实际应用所需的集成障碍物检测能力。本文提出了LineMaster Pro，一种在Arduino Nano平台上实现的低成本智能线跟随机器人，集成了双TCRT5000红外传感器用于精确线跟踪、HC-SR04超声波传感器用于实时障碍物检测、经过Ziegler-Nichols优化的数字PID控制器以及用于鲁棒避障的分层有限状态机。系统化的四阶段传感器标定方法确保了在不同光照和表面条件下的可靠运行。通过200次受控试验和72小时连续运行进行实验验证，结果表明在0.4 m/s速度下平均跟踪精度为1.18 cm（95%置信区间[1.06, 1.30]），10-40 cm范围内障碍物检测可靠性为96.7%，误报率为0.7%，94%的路径偏离恢复成功率。PID实现相比传统开关控制取得了43%的提升（p<0.001）。基于经验证的孟加拉国市场价格，总硬件成本为28.50美元，相比商业替代方案实现了94%的成本降低，为资源受限环境中的可及机器人教育建立了实用基准。
引用
@article{arxiv.2603.13907,
title = {LineMaster Pro: A Low-Cost Intelligent Line Following Robot with PID Control and Ultrasonic Obstacle Avoidance for Educational Robotics},
author = {Jeni Shahi and Abhishek Shah and A. S. M. Ahsanul Sarkar Akib},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.13907},
year = {2026}
}