Escape Robot: RC Car do ucieczki Gra: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Głównym celem tego projektu było zbudowanie robota, który różniłby się od robotów już istniejących i który mógłby być wykorzystany w rzeczywistym i innowacyjnym obszarze.

Bazując na osobistych doświadczeniach, postanowiono zbudować robota w kształcie samochodu, który zostanie zaimplementowany w Escape Game. Dzięki różnym komponentom gracze mogli włączyć samochód, rozwiązując zagadkę na kontrolerze, kontrolować trajektorię samochodu i zdobyć po drodze klucz, aby uciec z pokoju.

Ponieważ projekt ten był częścią kursu Mechatroniki prowadzonego na Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) i Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Belgia, na początku przedstawiono kilka wymagań, takich jak:

• Wykorzystanie i łączenie dziedzin mechaniki, elektroniki i programowania
• Budżet 200€
• Posiadanie gotowego i działającego robota, który wnosi coś nowego

A ponieważ miał być używany w prawdziwych sesjach gier ucieczki, czasami w wielu sesjach z rzędu, trzeba było spełnić kilka dodatkowych wymagań:

• Autonomia: znalezienie sposobu na uczynienie robota półautonomicznym w celu przestrzegania ograniczeń gry
• Przyjazny dla użytkownika: łatwy w użyciu, obecność ekranu z informacją zwrotną z kamery
• Wytrzymałość: mocne materiały zdolne do pochłaniania wstrząsów
• Bezpieczeństwo: gracze nie mają bezpośredniego kontaktu z robotem

Krok 1: Główna koncepcja i motywacja

Jak wyjaśniono we wstępie, główną koncepcją tego projektu jest stworzenie i zbudowanie półautonomicznego robota, najpierw kontrolowanego przez graczy w grze ucieczki, a następnie zdolnego do przejęcia kontroli od graczy.

Zasada jest następująca: Wyobraź sobie, że jesteś zamknięty w pokoju z grupą przyjaciół. Jedyną możliwością wydostania się z pokoju jest odnalezienie klucza. Klucz ukryty jest w labiryncie znajdującym się pod twoimi stopami, w ciemnej kondygnacji pośredniej. Aby zdobyć ten klucz, masz w posiadaniu trzy rzeczy: pilota, mapę i ekran. Pilot umożliwia sterowanie autem już na piętrze pośrednim, rozwiązując zagadkę wyobrażoną na istniejących przyciskach sterowania pilota. Po rozwiązaniu tej zagadki samochód zostaje włączony (por. Krok 5: Kodowanie - główna funkcja o nazwie 'loop()') i możesz rozpocząć prowadzenie samochodu przez labirynt za pomocą podanej mapy. Ekran ma wyświetlać na żywo to, co widzi samochód, dzięki kamerze umieszczonej przed robotem, a tym samym pomaga zobaczyć trajektorie i, co ważniejsze, klucz. Po zdobyciu klucza dzięki magnesowi na spodzie robota i dotarciu do końca labiryntu możesz zabrać klucz i uciec z pokoju, w którym byłeś zamknięty.

Głównymi elementami robota są zatem:

1. Zagadka do rozwiązania na pilocie zdalnego sterowania
2. Sterowanie robotem przez graczy za pomocą pilota
3. Sterowanie wyświetlaniem na podstawie wideo nagranego na żywo przez kamerę

Ponieważ w takich grach głównym ograniczeniem jest czas (w większości gier ucieczki masz od 30 minut do 1 godziny na wyjście, aby odnieść sukces), czujnik jest przymocowany i podłączony u podstawy robota, aby jeśli jako gracze przekroczyłeś w określonym czasie (w naszym przypadku 30 minut), robot przejmuje kontrolę i samoczynnie kończy parkour, dzięki czemu masz szansę na zdobycie klucza do pokoju przed wyłączeniem czasu gry (w naszym przypadku 1 godzina)

Ponadto, ponieważ samochód znajduje się w całkowicie ciemnym pomieszczeniu, diody LED są zamocowane niedaleko czujnika, aby pomóc mu odczytać sygnał z ziemi.

Pragnieniem stojącym za tym projektem grupowym było oparcie się na tym, co już istnieje na rynku, zmodyfikowanie go poprzez dodanie osobistej wartości i możliwość wykorzystania go w zabawnym i interaktywnym polu. W rzeczywistości, po kontakcie z odnoszącym sukcesy Escape Room w Brukseli w Belgii, odkryliśmy, że gry ucieczki są nie tylko coraz bardziej znane, ale często brakuje im interaktywności i że klienci narzekają, że nie są wystarczającą „częścią gra.

Dlatego staraliśmy się wymyślić robota, który spełniałby określone wymagania, jednocześnie zapraszając graczy do rzeczywistego udziału w grze.

Oto podsumowanie tego, co dzieje się w robocie:

- Część nieautonomiczna: pilot jest połączony z Arduino przez odbiornik. Gracze sterują pilotem, a tym samym sterują Arduino, które steruje silnikami. Arduino jest włączane przed rozpoczęciem gry, ale wchodzi w główną funkcję, gdy gracze rozwiązują zagadkę na pilocie. Kamera bezprzewodowa IR jest już włączona (włączona w tym samym czasie co „całość” (sterowana przez Arduino) przy włączonym włączniku/wyłączeniu). Gracze prowadzą samochód za pomocą pilota zdalnego sterowania: kontrolują prędkość i kierunek (por. Krok 5: schemat). Gdy licznik startujący po wejściu do funkcji głównej jest równy 30 minutom, sterowanie ze sterownika jest wyłączone.

- Część autonomiczna: sterowanie jest następnie zarządzane przez Arduino. Po 30 minutach czujnik śledzenia linii na podczerwień zaczyna podążać za linią na ziemi, aby zakończyć park.

Krok 2: Materiały i narzędzia

MATERIAŁ

Części elektroniczne

• Mikrokontroler:

  • Arduino UNO
  • Osłona silnika Arduino - Reichelt - 22,52€

• Czujniki:

  Śledzenie linii IR - Mc Hobby - 16,54 €

• Baterie:

  6x bateria 1,5V

• Inne:

  • Płyta prototypowa
  • Kamera bezprzewodowa (odbiornik) - Banggood - 21,63 €
  • Pilot (nadajnik + odbiornik) - Amazon - 36,99€
  • Stacja ładująca (odbiornik Qi) - Reichelt - 22,33 € (nieużywany - por. Krok 7: Wniosek)
  • LED - Amazonka - 23,60 €

Część mechaniczna

• Zestaw do samodzielnego montażu samochodu - Amazon - 14,99 €

  • Używany:

    • 1x przełącznik
    • 1x kółko samonastawne
    • 2x koła
    • 2x silnik prądu stałego
    • 1x uchwyt baterii

  • Nieużywany:

    • 1x podwozie samochodu
    • 4x śruba M3*30
    • 4x przekładka L12
    • 4x łączniki
    • 8x śruba M3*6
    • Nakrętka M3
• Magnes - Amazon - 9,99€

• Śruby, nakrętki, wkręty

  • M2*20
  • M3*12
  • M4*40
  • M12*30
  • wszystkie odpowiednie orzechy

• Drukowane elementy 3D:

  • 5x sprężyny
  • 2x mocowanie silnika
  • 1x mocowanie śledzenia linii w kształcie litery L

• Kawałki wycinane laserowo:

  • 2x okrągła płaska płyta
  • 5x prostokątna mała płaska płytka

NARZĘDZIE

• Maszyny:

  • drukarka 3d
  • Wycinarka laserowa
• Wkrętaki
• Wiertarka ręczna
• Limonka
• Elektronika lutownicza

Krok 3: Cięcie (laserowe) i drukowanie (3D)

Aby uzyskać niektóre z naszych komponentów, zastosowaliśmy zarówno cięcie laserowe, jak i technikę druku 3D. Wszystkie pliki CAD można znaleźć w pliku.step poniżej

Wycinarka laserowa

Dwa główne elementy mocujące robota zostały wycięte laserowo:(Materiał = karton MDF 4mm)

- 2 okrągłe płaskie dyski do wykonania podstawy (podwozia) robota

- Kilka otworów na dwóch dyskach w celu umieszczenia elementów mechanicznych i elektronicznych

- 5 prostokątnych małych płytek do mocowania sprężyn między dwiema płytami podwozia

Drukarka 3D (Ultimakers i Prusa)

Różne elementy robota zostały wydrukowane w 3D, aby nadać im jednocześnie wytrzymałość i elastyczność:(Materiał = PLA)- 5 sprężyn: zauważ, że sprężyny są drukowane jako bloki, więc konieczne jest ich spiłowanie, aby nadać im ich „wiosenne” kształty!

- 2 prostokątne wydrążone części do mocowania silników

- Element w kształcie litery L, aby pomieścić tracker linii

Krok 4: Montaż elektroniki

Jak widać na szkicach elektronicznych, Arduino jest zgodnie z oczekiwaniami centralnym elementem części elektronicznej.

Connexion Arduino - Śledzenie linii:(patrz odpowiedni szkic popychacza)

Connexion Arduino - Silniki:(patrz odpowiedni szkic ogólny - po lewej)

Connexion Arduino - Odbiornik Zdalnego Sterowania:(patrz odpowiedni szkic ogólny - do góry)

Connexion Arduino - diody LED:(patrz odpowiedni szkic ogólny - po lewej)

Płytka prototypowa służy do zwiększenia liczby portów 5V i GND oraz ułatwienia wszystkich połączeń.

Ten krok nie należy do najłatwiejszych, ponieważ musi spełniać wskazane powyżej wymagania (autonomia, przyjazność dla użytkownika, solidność, bezpieczeństwo), a obwód elektryczny wymaga szczególnej uwagi i ostrożności.

Krok 5: Kodowanie

Część kodująca dotyczy Arduino, silników, pilota, śledzenia linii i diod LED.

Możesz znaleźć na kodzie:

1. Deklaracja zmiennych:

• Deklaracja Pinu używanego przez odbiornik RC
• Deklaracja pinu używanego przez silniki prądu stałego
• Deklaracja Pinu używanego przez diody LED
• Deklaracja zmiennych używanych przez funkcję 'Zagadka'
• Deklaracja pinu używanego przez czujniki podczerwieni
• Deklaracja zmiennych używanych przez IR Deck

2. Funkcja inicjalizacji: zainicjuj różne szpilki i diody LED;

Funkcja 'setup()'

3. Funkcja dla silników:

• Funkcja 'turn_left()'
• Funkcja 'turn_right()'
• Funkcja 'CaliRobot()'

4. Funkcja śledzenia linii: używa poprzedniej funkcji „CaliRobot()” podczas półautonomicznego zachowania robota

Funkcja 'Obserwator()'

5. Funkcja pilota zdalnego sterowania (zagadka): zawiera właściwe rozwiązanie zagadki prezentowanej graczom

Funkcja 'Zagadka()'

6. Funkcja pętli głównej: umożliwia graczom sterowanie samochodem po znalezieniu rozwiązania zagadki, uruchamia licznik czasu i przełącza wejście z cyfrowego (sterowane zdalnie) na cyfrowe (autonomiczne), gdy licznik przekroczy 30 minut

Funkcja 'pętla()'

Główny proces kodu jest wyjaśniony na schemacie powyżej, z wyróżnionymi głównymi funkcjami.

Cały kod dla tego projektu znajdziecie również w załączonym pliku.ino, który został napisany przy użyciu interfejsu deweloperskiego Arduino IDE.

Krok 6: Montaż

Gdy mamy już wszystkie elementy wycięte laserowo, wydrukowane w 3D i gotowe: możemy złożyć całość!

Najpierw mocujemy wydrukowane w 3D sprężyny na wyciętych laserowo prostokątnych płytkach śrubami o średnicy równej średnicy otworów wewnątrz sprężyn.

Po zamocowaniu 5 sprężyn na ich małych płytkach, możemy przymocować te ostatnie do dolnej płyty podwozia za pomocą mniejszych śrub.

Po drugie, możemy przymocować silniki do wydrukowanych w 3D mocowań silników, pod dolną płytą podwozia za pomocą małych śrub.

Po ich naprawieniu możemy przymocować 2 koła na silnikach w otworach dolnej płyty podwozia.

Po trzecie, możemy przymocować kółko samonastawne, również pod dolną płytą podwozia, małymi śrubami tak, aby dolna płyta podwozia była pozioma

Teraz możemy naprawić wszystkie pozostałe komponenty

• Dolna płyta podwozia:

  • Poniżej:

    • Śledzenie linii
    • PROWADZONY

  • Nad:

    • Odbiornik pilota zdalnego sterowania
    • Arduino i osłona silnika
    • PROWADZONY

• Górna płyta podwozia:

  • Poniżej:

    Kamera

  • Nad:

    • Baterie
    • Przełącznik włącz / wyłącz

Na koniec możemy zmontować razem dwie płyty podwozia.

Uwaga: Zachowaj ostrożność podczas montażu wszystkich elementów razem! W naszym przypadku jedna z małych płyt sprężyn uległa uszkodzeniu podczas montażu dwóch płyt podwozia, ponieważ była zbyt cienka. Zaczęliśmy ponownie od większej szerokości. Pamiętaj, aby używać mocnych materiałów podczas korzystania z cięcia laserowego (podobnie jak drukarki 3D) i zweryfikuj wymiary, aby Twoje elementy nie były zbyt cienkie lub zbyt delikatne.

Krok 7: Wniosek

Po złożeniu wszystkich elementów (upewnij się, że wszystkie elementy są dobrze zamocowane i nie ryzykują spadnięcia), odbiornik kamery podłączony do ekranu (np. telewizora) i baterie (6x 1,5V) załóż na uchwyt baterii, jesteś gotowy do przetestowania całości !

Staraliśmy się pójść o krok dalej, zastępując baterie (6x 1,5V) baterią przenośną, poprzez:

• budowa stacji ładującej (ładowarka bezprzewodowa mocowana w wycinanej laserowo stacji ładującej (patrz zdjęcia));
• dodanie odbiornika (odbiornika Qi) na przenośny akumulator (patrz zdjęcia);
• napisanie funkcji na Arduino proszącej robota, aby podążał za linią na ziemi w przeciwnym kierunku, aby dotrzeć do stacji ładującej i naładować baterię, aby cały robot był autonomicznie gotowy do następnej sesji gry.

Ponieważ napotkaliśmy problemy z wymianą baterii na baterię przenośną tuż przed terminem realizacji projektu (przypominamy: projekt ten był nadzorowany przez naszych profesorów ULB/VUB, dlatego mieliśmy termin do przestrzegania), nie byliśmy w stanie przetestować sfinalizowanego robot. Można tu jednak znaleźć film przedstawiający robota zasilanego z komputera (połączenie USB) i sterowanego pilotem.

Niemniej jednak udało nam się osiągnąć wszystkie wartości dodane, na które celowaliśmy: - Wytrzymałość - Okrągły kształt - Włącz zagadkę - Przełącznik sterowania (zdalny -> autonomiczny) Jeśli ten projekt zachował twoją uwagę i ciekawość, dlatego jesteśmy bardzo ciekawi Cię, co zrobiłeś, czy wykonałeś niektóre kroki inaczej niż my i czy udało Ci się autonomiczny proces ładowania!

Nie wahaj się powiedzieć nam, co myślisz o tym projekcie!