Escape Robot: RC auto pre únikovú hru: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Hlavným účelom tohto projektu bolo postaviť robota, ktorý by sa odlišoval od už existujúcich robotov a ktorý by bolo možné použiť v skutočnej a inovatívnej oblasti.

Na základe osobných skúseností bolo rozhodnuté zostrojiť robota v tvare auta, ktorý by bol implementovaný v únikovej hre. Vďaka rôznym komponentom mohli hráči zapnúť auto vyriešením hádanky na ovládači, ovládať trajektóriu auta a na ceste získať kľúč, aby mohli uniknúť z miestnosti.

Pretože bol tento projekt súčasťou kurzu mechatroniky na Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) a Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Belgicko, na začiatku bolo predstavených niekoľko požiadaviek, ako napríklad:

• Použitie a kombinovanie odborov mechaniky, elektroniky a programovania
• Rozpočet 200 €
• Mať hotového a fungujúceho robota, ktorý prináša niečo nové

A pretože sa bude používať v reláciách únikových hier v reálnom živote, niekedy viacerých relácií za sebou, bolo potrebné splniť niekoľko ďalších požiadaviek:

• Autonómia: nájsť spôsob, ako urobiť robota poloautonómnym, aby rešpektoval herné obmedzenia
• Užívateľsky prívetivý: jednoduché použitie, prítomnosť obrazovky so spätnou väzbou od fotoaparátu
• Robustnosť: silné materiály schopné absorbovať nárazy
• Bezpečnosť: hráči nie sú v priamom kontakte s robotom

Krok 1: Hlavný koncept a motivácia

Ako je vysvetlené v úvode, hlavným konceptom tohto projektu je vytvorenie a zostrojenie poloautonómneho robota, ktorého najskôr ovládajú hráči únikovej hry a potom je schopný prevziať ovládanie späť od hráčov.

Princíp je nasledujúci: Predstavte si, že ste zatvorení v miestnosti so skupinou priateľov. Jedinou možnosťou, ako sa dostať von z miestnosti, je nájsť kľúč. Kľúč je ukrytý v bludisku umiestnenom pod vašimi nohami, v tmavej medziposchodí. Na získanie tohto kľúča máte tri veci: diaľkový ovládač, mapu a obrazovku. Diaľkový ovládač vám umožní ovládať auto už v medziposchodí vyriešením hádanky predstavenej na existujúcich ovládacích tlačidlách na diaľkovom ovládači. Keď vyriešite túto hádanku, auto sa zapne (porovnaj krok 5: Kódovanie - hlavná funkcia s názvom 'loop ()') a pomocou danej mapy môžete začať viesť auto bludiskom. Obrazovka je tu na to, aby naživo zobrazovala to, čo auto vidí, vďaka kamere umiestnenej pred robotom, a preto vám pomôže vidieť trajektórie a hlavne kľúč. Akonáhle získate kľúč vďaka magnetu na spodnej časti robota, a keď sa dostanete na koniec bludiska, budete schopní vziať kľúč a uniknúť z miestnosti, v ktorej ste boli zatvorení.

Hlavnými súčasťami robota sú teda:

1. Hádanku je potrebné vyriešiť na diaľkovom ovládači
2. Ovládanie robota hráčmi pomocou diaľkového ovládača
3. Ovládací displej na základe videa natočeného naživo kamerou

Pretože v takýchto hrách je hlavným obmedzením čas (vo väčšine únikových hier máte 30 minút až 1 hodinu na to, aby ste uspeli), je na spodnej časti robota pripevnený a pripojený senzor, takže ak ako hráči prekročíte v daný čas (v našom prípade 30 minút), robot prevezme ovládanie späť a dokončí parcours sám, aby ste mali šancu získať kľúč od miestnosti skôr, ako sa vypne časovač hry (v našom prípade 1 hodina)

Keďže je auto v úplne tmavej miestnosti, diódy LED sú pripevnené neďaleko od snímača, aby mu pomohli prečítať signál zo zeme.

Túžbou za týmto skupinovým projektom bolo postaviť sa na tom, čo už na trhu existuje, upraviť to pridaním osobnej hodnoty a byť schopný to využiť v nejakom zábavnom a interaktívnom poli. V skutočnosti sme po kontakte s úspešnou Escape Room v Bruseli v Belgicku zistili, že únikové hry sú nielen stále známejšie, ale často im chýba interaktivita a zákazníci sa sťažujú, že nie sú dostatočnou súčasťou. hra.

Pokúsili sme sa preto prísť s nápadom robota, ktorý by spĺňal dané požiadavky a zároveň pozýval hráčov, aby boli skutočne súčasťou hry.

Tu je súhrn toho, čo sa deje v robote:

- Neautonómna časť: diaľkový ovládač je spojený s Arduino prostredníctvom prijímača. Hráči ovládajú diaľkové ovládanie, a teda ovládajú Arduino, ktoré ovláda motory. Arduino je zapnuté pred spustením hry, ale vstupuje do hlavnej funkcie, keď hráči vyriešia hádanku na diaľkovom ovládači. IR bezdrôtová kamera je už zapnutá (zapnutá súčasne s „celou“(ovládanou Arduinom), keď je zapnuté/vypnuté zapnuté). Hráči vedú auto pomocou diaľkového ovládača: ovládajú rýchlosť a smer (porovnaj krok 5: vývojový diagram). Keď je časový spínač, ktorý sa spustí pri zadaní hlavnej funkcie, rovný 30 minútam, ovládanie z ovládača je deaktivované.

- Autonómna časť: ovládanie potom riadi Arduino. Po 30 minútach začne senzor sledovania infračervených čiar sledovať čiaru na zemi, aby dokončil parkety.

Krok 2: Materiál a nástroje

MATERIÁL

Elektronické súčiastky

• Mikrokontrolér:

  • Arduino UNO
  • Motorový štít Arduino - Reichelt - 22,52 €

• Senzory:

  Sledovač infračervených línií - Mc Hobby - 16,54 €

• Batérie:

  6x 1,5V batéria

• Iné:

  • Protoboard
  • Bezdrôtová kamera (prijímač) - Banggood - 21,63 €
  • Diaľkový ovládač (vysielač + prijímač) - Amazon - 36,99 €
  • Nabíjací dok (prijímač Qi) - Reichelt - 22,33 € (nepoužitý - porovnaj krok 7: Záver)
  • LED - Amazon - 23,60 €

Mechanická časť

• DIY súprava podvozku do auta - Amazon - 14,99 €

  • Použité:

    • 1x prepínač
    • 1x koliesko
    • 2x kolieska
    • 2x jednosmerný motor
    • 1x držiak na batériu

  • Nepoužité:

    • 1x podvozok automobilu
    • 4x skrutka M3*30
    • 4x rozpera L12
    • 4x spojovacie prvky
    • 8x skrutka M3*6
    • Matica M3
• Magnet - Amazonka - 9,99 €

• Skrutky, matice, skrutky

  • M2*20
  • M3*12
  • M4*40
  • M12*30
  • všetky príslušné orechy

• 3D tlačené kúsky:

  • 5x pružiny
  • 2x fixácia motora
  • 1x fixácia sledovača čiar v tvare L

• Laserom rezané kusy:

  • 2x okrúhla plochá doska
  • 5x obdĺžnikový malý plochý tanier

NÁSTROJ

• Stroje:

  • 3D tlačiareň
  • Laserová rezačka
• Skrutkovače
• Ručný vŕtač
• Vápno
• Spájkovačka elektroniky

Krok 3: (Laserové) rezanie a (3D) tlač

Na získanie niektorých z našich komponentov sme použili techniky laserového rezania a 3D tlače. Všetky súbory CAD nájdete v súbore.krok nižšie

Laserová rezačka

Dva hlavné fixačné diely robota boli rezané laserom: (materiál = MDF lepenka 4 mm)

- 2 okrúhle ploché disky, ktoré tvoria základ (alebo podvozok) robota

- Niekoľko otvorov na dvoch diskoch na umiestnenie mechanických a elektronických komponentov

- 5 malých obdĺžnikových plechov na upevnenie pružín medzi dvoma doskami podvozku

3D tlačiareň (Ultimakers a Prusa)

Rôzne prvky robota boli vytlačené 3D, aby im zároveň poskytli odolnosť a flexibilitu: (Materiál = PLA)- 5 pružín: všimnite si, že pružiny sú vytlačené ako bloky, takže je potrebné ich zaevidovať, aby poskytli im ich „jarné“tvary!

- 2 obdĺžnikové duté časti na upevnenie motorov

- Kus v tvare písmena L na umiestnenie sledovača liniek

Krok 4: Zostavenie elektroniky

Ako vidíte na elektronických náčrtoch, Arduino je podľa očakávania centrálnym kusom elektronickej časti.

Connexion Arduino - sledovač čiar: (porovnaj zodpovedajúci náčrt sledovateľa)

Connexion Arduino - Motory: (porovnaj zodpovedajúci všeobecný náčrt - vľavo)

Connexion Arduino - prijímač diaľkového ovládania: (porovnaj zodpovedajúci všeobecný náčrt)

Connexion Arduino - LED diódy: (porovnaj zodpovedajúci všeobecný náčrt - vľavo)

Protoboard sa používa na zvýšenie počtu portov 5V a GND a na uľahčenie všetkých pripojení.

Tento krok nie je najľahší, pretože musí spĺňať vyššie uvedené požiadavky (autonómia, užívateľsky príjemný, robustnosť, bezpečnosť) a keďže elektrickému obvodu je potrebné venovať osobitnú pozornosť a opatrnosť.

Krok 5: Kódovanie

Kódovacia časť sa týka Arduina, motorov, diaľkového ovládača, sledovača liniek a diód LED.

Na kóde nájdete:

1. Vyhlásenie o premenných:

• Vyhlásenie o pine používanom RC prijímačom
• Vyhlásenie o kolíku používanom DC Motors
• Vyhlásenie o pine používanom diódami LED
• Vyhlásenie o premenných používaných funkciou „Riddle“
• Vyhlásenie o pine používanom infračervenými snímačmi
• Vyhlásenie o premenných používaných IR Deck

2. Inicializačná funkcia: inicializácia rôznych pinov a diód LED

Funkcia „setup ()“

3. Funkcia pre motory:

• Funkcia 'turn_left ()'
• Funkcia 'turn_right ()'
• Funkcia „CaliRobot ()“

4. Sledovač funkčných línií: používa predchádzajúcu funkciu „CaliRobot ()“počas poloautonómneho správania sa robota

Funkcia „Follower ()“

5. Funkcia diaľkového ovládača (hádanka): obsahuje správne riešenie hádanky predloženej hráčom

Funkcia „Riddle ()“

6. Funkcia hlavnej slučky: umožňuje hráčom ovládať auto, keď nájdu riešenie hádanky, spustí časovač a prepne vstup z digitálneho (diaľkovo ovládaného) na digitálny (autonómny), akonáhle časový spínač prekročí 30 minút.

Funkcia 'loop ()'

Hlavný proces kódu je vysvetlený vo vyššie uvedenom vývojovom diagramu so zvýraznenými hlavnými funkciami.

Celý kód pre tento projekt nájdete aj v priloženom súbore.ino, ktorý bol napísaný pomocou vývojového rozhrania Arduino IDE.

Krok 6: Zostavenie

Akonáhle budeme mať všetky súčiastky vyrezané laserom, vytlačené 3D a pripravené: môžeme celú vec zostaviť!

3D tlačené pružiny najskôr pripevníme na ich laserom rezané obdĺžnikové platne skrutkami s priemerom rovným priemeru otvorov vo vnútri pružín.

Akonáhle je 5 pružín upevnených na svojich malých doskách, môžeme ich pripevniť na spodnú dosku podvozku menšími skrutkami.

Za druhé, pomocou malých skrutiek môžeme motory pripevniť k 3D vytlačeným fixáciám motora pod spodnou doskou podvozku.

Akonáhle sú tieto opravené, môžeme prísť opraviť 2 kolesá na motoroch do otvorov spodnej dosky podvozku.

Po tretie, koliesko môžeme pripevniť aj pod spodnú dosku podvozku pomocou malých skrutiek tak, aby bola spodná doska podvozku vodorovná

Teraz môžeme opraviť všetky ostatné komponenty

• Spodná doska podvozku:

  • Nižšie:

    • Sledovač riadkov
    • LED

  • Nad:

    • Prijímač diaľkového ovládača
    • Arduino a štít motora
    • LED

• Horná doska podvozku:

  • Nižšie:

    fotoaparát

  • Nad:

    • Batérie
    • Vypínač

Nakoniec môžeme obe platne podvozku zostaviť dohromady.

Poznámka: Buďte opatrní pri montáži všetkých komponentov dohromady! V našom prípade sa jeden z malých plechov pružín pri montáži dvoch podvozkových plechov poškodil, pretože bol príliš tenký. Začali sme znova s väčšou šírkou. Pri laserovom rezaní (rovnako ako pri 3D tlačiarni) používajte silné materiály a overte rozmery, aby vaše kúsky neboli príliš tenké alebo krehké.

Krok 7: Záver

Keď sú všetky súčiastky zmontované (uistite sa, že sú všetky súčiastky dobre upevnené a nehrozí, že vám spadnú), prijímač fotoaparátu je pripojený k obrazovke (tj. K televíznej obrazovke) a batérie (6 x 1,5 V) sú nasadené držiak batérie, ste pripravení celú vec otestovať!

Pokúsili sme sa posunúť projekt o krok ďalej nahradením batérií (6 x 1,5 V) prenosnou batériou:

• výstavba nabíjacej základne (bezdrôtová nabíjačka upevnená v laserom nabíjanej nabíjacej stanici (pozri fotografie));
• pridanie prijímača (prijímača Qi) k prenosnej batérii (pozri fotografie);
• napísať funkciu na Arduino a požiadať robota, aby sledoval čiaru na zemi v opačnom smere, aby dosiahol nabíjací dok a dobil batériu, aby bol celý robot autonómne pripravený na ďalšiu hernú reláciu.

Keďže sme sa tesne pred termínom projektu stretli s problémami pri výmene batérií za prenosnú batériu (pripomienka: na tento projekt dohliadali naši profesori ULB/VÚB, mali sme preto termín, ktorý musíme dodržať), nemohli sme otestovať dokončené robot. Napriek tomu tu nájdete video z robota napájaného z počítača (pripojenie USB) a ovládaného diaľkovým ovládačom.

Napriek tomu sme dokázali dosiahnuť všetky pridané hodnoty, na ktoré sme sa zamerali:- Robustnosť- Okrúhly tvar- Zapínaciu hádanku- Prepínač ovládania (diaľkový-> autonómny) Ak si tento projekt zachoval vašu pozornosť a vašu zvedavosť, sme preto veľmi ste zvedaví na to, čo ste urobili, na to, či ste niektoré kroky urobili inak ako my, a na to, či ste uspeli v procese autonómneho nabíjania!

Neváhajte nám povedať, čo si o tomto projekte myslíte!