Escape Robot: RC -bil til et flugtspil: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Hovedformålet med dette projekt var at bygge en robot, der ville differentiere sig fra allerede eksisterende robotter, og som kunne bruges i et reelt og innovativt område.

Baseret på personlig erfaring blev det besluttet at bygge en bilformet robot, der ville blive implementeret i et Escape Game. Takket være de forskellige komponenter kunne spillerne tænde bilen ved at løse en gåde på controlleren, styre bilens bane og få en nøgle på vej for at undslippe rummet.

Da dette projekt var en del af et Mechatronics -kursus givet på Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) og Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Belgien, blev der i begyndelsen præsenteret et par krav, såsom:

• Brug og kombination af områder inden for mekanik, elektronik og programmering
• Et budget på 200 €
• At have en færdig og fungerende robot, der bringer noget nyt

Og da det skulle bruges i flugt-spil-sessioner i virkeligheden, nogle gange flere sessioner i træk, var der behov for et par flere krav for at være opfyldt:

• Autonomi: at finde en måde at gøre robotten semi-autonom til at respektere spilbegrænsningerne
• Brugervenlig: let at bruge, tilstedeværelse af en skærm med feedback fra kameraet
• Robusthed: stærke materialer, der er i stand til at absorbere stød
• Sikkerhed: spillere, der ikke er i direkte kontakt med robotten

Trin 1: Hovedkoncept og motivation

Som forklaret i indledningen er hovedkonceptet i dette projekt at skabe og bygge en semi-autonom robot, først kontrolleret af spillerne i flugtspillet, derefter i stand til at tage kontrollen tilbage fra spillerne.

Princippet er følgende: Forestil dig, at du er låst inde i et rum med en gruppe venner. Den eneste mulighed for at komme ud af rummet er at finde en nøgle. Nøglen er skjult i en labyrint placeret under dine fødder, i et mørkt mellemgulv. For at få den nøgle har du tre ting i din besiddelse: en fjernbetjening, et kort og en skærm. Fjernbetjeningen giver dig mulighed for at styre en bil, der allerede er i mellemgulvet, ved at løse en gåde forestillet på fjernbetjeningens eksisterende betjeningsknapper. Når du har løst den gåde, tændes bilen (jfr. Trin 5: Kodning - hovedfunktionen kaldet 'loop ()'), og du kan begynde at guide bilen gennem labyrinten ved hjælp af det givne kort. Skærmen er der for at vise live, hvad bilen ser, takket være et kamera fastgjort foran robotten, og derfor hjælpe dig med at se banerne og endnu vigtigere nøglen. Når du har fået nøglen takket være en magnet i bunden af robotten, og når du har nået enden af labyrinten, er du i stand til at tage nøglen og flygte fra det rum, du var låst inde.

Robottens hovedkomponenter er derfor:

1. Gåde, der skal løses på fjernbetjeningen
2. Kontrol af robotten af spillerne med fjernbetjening
3. Kontrolvisning baseret på video, der er filmet live af kameraet

Fordi i sådanne spil er hovedbegrænsningen tid (i de fleste flugtspil har du mellem 30 minutter og 1 time til at komme ud for at lykkes), en sensor er fastgjort og forbundet i bunden af robotten, så hvis du som spillere overskrider på et givet tidspunkt (i vores tilfælde 30 minutter) tager robotten kontrollen tilbage og afslutter parcoursene selv, så du har en chance for at få nøglen til rummet, før timeren i spillet går ud (i vores tilfælde 1 time)

Da bilen også er i et helt mørkt rum, er lysdioder fastgjort ikke langt fra sensoren for at hjælpe den med at læse signalet fra jorden.

Ønsket bag dette gruppeprojekt var at basere os på det, der allerede findes på markedet, ændre det ved at tilføje en personlig værdi og kunne bruge det i et sjovt og interaktivt felt. Efter at have været i kontakt med et vellykket Escape Room i Bruxelles, Belgien, opdagede vi faktisk, at escape -spil ikke kun er mere og mere berømte, men at de ofte mangler interaktivitet, og at kunderne klager over ikke at være nok "en del af " spillet.

Vi forsøgte derfor at komme med en idé om en robot, der ville opfylde de givne krav, mens vi inviterede spillerne til virkelig at være en del af spillet.

Her er et resumé af, hvad der sker i robotten:

- Den ikke-autonome del: en fjernbetjening er forbundet til Arduino via en modtager. Spillere styrer fjernbetjeningen og styrer derfor Arduino, som styrer motorerne. Arduino er tændt, før spillet starter, men det går ind i hovedfunktionen, når spillere løser en gåde på fjernbetjeningen. Et trådløst IR -kamera er allerede tændt (tændt på samme tid som "hele" (styret af Arduino), når tænd/sluk tændes). Spillere guider bilen med fjernbetjening: de styrer hastigheden og retningen (se trin 5: flowdiagram). Når timeren, der starter, når hovedfunktionen er indtastet, er lig med 30 minutter, deaktiveres kontrollen fra controlleren.

- Den autonome del: kontrollen styres derefter af Arduino. Efter 30 minutter begynder IR -linjesporingssensoren at følge en linje på jorden for at afslutte parcours.

Trin 2: Materiale og værktøjer

MATERIALE

Elektroniske dele

• Mikrokontroller:

  • Arduino UNO
  • Arduino motorskjold - Reichelt - 22,52 €

• Sensorer:

  IR line tracker - Mc Hobby - 16,54 €

• Batterier:

  6x 1,5V batteri

• Andet:

  • Protoboard
  • Trådløst kamera (modtager) - Banggood - 21,63 €
  • Fjernbetjening (sender + modtager) - Amazon - 36,99 €
  • Opladningsstation (Qi -modtager) - Reichelt - 22,33 € (ikke brugt - jfr. Trin 7: Konklusion)
  • LED - Amazon - 23.60 €

Mekanisk del

• DIY bilchassis - Amazon - 14,99 €

  • Brugt:

    • 1x switch
    • 1x hjul
    • 2x hjul
    • 2x DC motor
    • 1x batteriholder

  • Anvendes ikke:

    • 1x bilchassis
    • 4x M3*30 skrue
    • 4x L12 afstandsstykke
    • 4x fastgørelseselementer
    • 8x M3*6 skrue
    • M3 møtrik
• Magnet - Amazon - 9,99 €

• Bolte, møtrikker, skruer

  • M2*20
  • M3*12
  • M4*40
  • M12*30
  • alle de respektive nødder

• 3D -trykte stykker:

  • 5x fjedre
  • 2x motorfiksering
  • 1x L-formet line tracker fiksering

• Laserskårne stykker:

  • 2x rund flad tallerken
  • 5x rektangel lille flad tallerken

VÆRKTØJ

• Maskiner:

  • 3D printer
  • Laserskærer
• Skruetrækkere
• Håndborer
• Citron
• Elektronik loddetin

Trin 3: (Laser) skæring og (3D) udskrivning

Vi brugte både laserskæring og 3D -printteknikker til at skaffe nogle af vores komponenter. Du kan finde alle CAD -filer i filen. Trin nedenfor

Laserskærer

Robotens to vigtigste fikseringsstykker blev laserskåret: (Materiale = MDF -karton på 4 mm)

- 2 runde flade diske til at danne basis (eller chassis) for robotten

- Flere huller på de to diske for at rumme mekaniske og elektroniske komponenter

- 5 rektangel små plader til fastgørelse af fjedrene mellem de to chassisplader

3D -printer (Ultimakers & Prusa)

Forskellige elementer i robotten blev 3D-printet for at give dem modstand og fleksibilitet på samme tid: (Material = PLA)- 5 fjedre: Bemærk, at fjedrene udskrives som blokke, så det er nødvendigt at arkivere dem for at give dem deres 'forårs' former!

- 2 rektangulære hule dele til fastgørelse af motorerne

- L-formet stykke til at rumme Line tracker

Trin 4: Montering af elektronikken

Som du kan se på de elektroniske skitser, er Arduino som forventet det centrale stykke i den elektroniske del.

Connexion Arduino - Line tracker: (jfr. Tilhørende tilhængerskitse)

Connexion Arduino - Motorer: (jfr. Tilsvarende generelle skitse - venstre)

Connexion Arduino - Fjernbetjeningsmodtager: (jfr. Tilsvarende generel skitse - op)

Tilslutning Arduino - LED'er: (jfr. Tilsvarende generel skitse - venstre)

Et protoboard bruges til at øge antallet af 5V- og GND -porte og lette alle forbindelser.

Dette trin er ikke det letteste, da det skal opfylde de krav, der er fremhævet ovenfor (autonomi, brugervenlig, robusthed, sikkerhed), og da elektrisk kredsløb kræver særlig opmærksomhed og forsigtighed.

Trin 5: Kodning

Den kodende del vedrører Arduino, motorer, fjernbetjening, line tracker og lysdioder.

Du kan finde på koden:

1. Variabeldeklaration:

• Pin -deklaration brugt af RC -modtager
• Pin -deklaration brugt af DC Motors
• Pin -erklæring, der bruges af LED'er
• Erklæring af variabler, der bruges efter funktion 'Riddle'
• Pin -deklaration brugt af IR Sensors
• Variabeldeklaration brugt af IR Deck

2. Initialiseringsfunktion: initialiser de forskellige ben og lysdioder

Funktion 'setup ()'

3. Funktion for motorer:

• Funktion 'turn_left ()'
• Funktion 'turn_right ()'
• Funktion 'CaliRobot ()'

4. Funktionslinjesporing: bruger den tidligere 'CaliRobot ()' -funktion under robotens semi-autonome adfærd

Funktion 'Følger ()'

5. Funktion til fjernbetjening (gåde): indeholder den rigtige løsning på den gåde, der præsenteres for spillerne

Funktion 'Riddle ()'

6. Main loop -funktion: gør det muligt for spillerne at styre bilen, når de har fundet løsningen på gåden, starter en timer og skifter input fra digital (fjernstyret) til digital (autonom), når timeren går over 30 minutter

Funktion 'loop ()'

Kodens hovedproces er forklaret i rutediagrammet ovenfor med hovedfunktionerne fremhævet.

Du kan også finde hele koden til dette projekt i filen.ino vedhæftet, som blev skrevet ved hjælp af udviklingsgrænsefladen Arduino IDE.

Trin 6: Samling

Når vi har alle komponenter laserskåret, 3D -printet og klar: Vi kan samle det hele!

Først retter vi de 3D -trykte fjedre på deres laserskårne rektangelplader med bolte med diameter svarende til diameteren af hullerne inde i fjedrene.

Når de 5 fjedre er fastgjort på deres små plader, kan vi fikse sidstnævnte på den nederste chassisplade med mindre bolte.

For det andet kan vi fastgøre motorerne til 3D -printede motorfikseringer under den nederste chassisplade med små bolte.

Når disse er rettet, kan vi komme og reparere de 2 hjul på motorerne inde i hullerne på den nederste chassisplade.

For det tredje kan vi reparere hjulet, også under den nederste chassisplade, med små bolte, så den nederste chassisplade er vandret

Vi kan nu reparere alle de andre komponenter

• Nedre chassisplade:

  • Nedenfor:

    • Line tracker
    • LED

  • Over:

    • Fjernbetjeningsmodtager
    • Arduino & motorskjold
    • LED

• Øvre chassisplade:

  • Nedenfor:

    Kamera

  • Over:

    • Batterier
    • Tænd/sluk -kontakt

Endelig kan vi samle de to chassisplader sammen.

Bemærk: Vær forsigtig, når du samler alle komponenterne! I vores tilfælde blev en af de små plader til fjedrene beskadiget under samlingen af de to chassisplader, fordi den var for tynd. Vi startede igen med en større bredde. Sørg for at bruge stærke materialer, når du bruger laserskåret (såvel som 3D -printeren), og verificer dimensionerne, så dine stykker ikke er for tynde eller for skrøbelige.

Trin 7: Konklusion

Når alle komponenterne er samlet (sørg for at alle komponenterne er godt fastgjort og ikke risikerer at falde af), er kameraets modtager tilsluttet en skærm (dvs. tv -skærm) og batterierne (6x 1,5V) sat på batteriholder, du er klar til at teste det hele!

Vi har forsøgt at tage projektet et skridt videre ved at udskifte batterierne (6x 1,5V) med et bærbart batteri med:

• konstruktion af en ladestation (trådløs oplader fastgjort i en laserskåret ladestation (se fotos));
• tilføjelse af en modtager (Qi -modtager) på det bærbare batteri (se fotos);
• skrive en funktion på Arduino, der beder robotten om at følge linjen på jorden i den modsatte retning for at nå ladestationen og genoplade batteriet, så hele robotten er autonomt klar til den næste spilsession.

Da vi stødte på problemer med at udskifte batterierne med et bærbart batteri lige inden projektets frist (påmindelse: dette projekt blev overvåget af vores professorer på ULB/VUB, vi havde derfor en frist til at respektere), var vi ikke i stand til at teste det afsluttede robot. Du kan ikke desto mindre finde en video af robotten drevet fra computeren (USB -forbindelse) og styret af fjernbetjeningen.

Ikke desto mindre var vi i stand til at nå alle de tilføjede værdier, vi sigtede mod:- Robusthed- Rund form- Turn-on gåde- Skift af kontrol (fjern-> autonom) Hvis dette projekt har bevaret din opmærksomhed og din nysgerrighed, er vi derfor meget nysgerrig efter at se, hvad du gjorde, se om du gjorde nogle af trinene anderledes end vi gjorde, og se om det lykkedes dig i den autonome opladningsproces!

Tøv ikke med at fortælle os, hvad du synes om dette projekt!