Escape Robot: RC Car for an Escape Game: 7 Steps (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Huvudsyftet med detta projekt var att bygga en robot som skulle skilja sig från redan befintliga robotar, och som skulle kunna användas inom ett verkligt och innovativt område.

Baserat på personlig erfarenhet beslutades det att bygga en bilformad robot som skulle implementeras i ett Escape Game. Tack vare de olika komponenterna kunde spelarna slå på bilen genom att lösa en gåta på handkontrollen, styra bilens bana och få en nyckel på vägen för att fly rummet.

Eftersom detta projekt var en del av en mekatronikkurs som ges vid Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) och Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Belgien, presenterades några krav i början, till exempel:

• Använda och kombinera områden inom mekanik, elektronik och programmering
• En budget på 200 €
• Att ha en färdig och fungerande robot som ger något nytt

Och eftersom det skulle användas i verklighetsflyktssessioner, ibland flera sessioner i rad, behövdes ytterligare några krav för att uppfyllas:

• Autonomi: hitta ett sätt att göra roboten halvautonom för att respektera spelbegränsningarna
• Användarvänlig: lätt att använda, närvaro av en skärm med feedback från kameran
• Robusthet: starka material som kan absorbera stötar
• Säkerhet: spelare som inte är i direktkontakt med roboten

Steg 1: Huvudkoncept och motivation

Som förklaras i inledningen är huvudkonceptet med detta projekt att skapa och bygga en semi-autonom robot, först styrd av spelarna i flyktspelet, sedan kapabel att ta tillbaka kontrollen från spelarna.

Principen är följande: Tänk dig att du är inlåst i ett rum med en grupp vänner. Den enda möjligheten att komma ut ur rummet är att hitta en nyckel. Nyckeln är gömd i en labyrint som ligger under dina fötter, i ett mörkt mellangolv. För att få nyckeln har du tre saker: en fjärrkontroll, en karta och en skärm. Med fjärrkontrollen kan du styra en bil som redan finns i mellangolvet genom att lösa en gåta som finns på fjärrkontrollens befintliga kontrollknappar. När du har löst den gåtan slås bilen på (jfr. Steg 5: Kodning - huvudfunktionen heter 'loop ()'), och du kan börja styra bilen genom labyrinten med hjälp av den angivna kartan. Skärmen är där för att visa live vad bilen ser, tack vare en kamera fixerad framför roboten, och därför hjälpa dig att se banorna och ännu viktigare nyckeln. När du har fått nyckeln tack vare en magnet på botten av roboten och när du har nått slutet av labyrinten kan du ta nyckeln och fly från rummet där du var inlåst.

Robotens huvudkomponenter är därför:

1. Gåta som ska lösas på fjärrkontrollen
2. Kontroll av roboten av spelarna med fjärrkontroll
3. Kontrollskärm baserad på video filmad live av kameran

Eftersom i sådana spel är huvudbegränsningen tid (i de flesta flyktspel har du mellan 30 minuter och 1 timme på dig för att lyckas), en sensor är ansluten och ansluten vid robotens bas så att om du som spelare överstiger en given tid (i vårt fall 30 minuter) tar roboten tillbaka kontrollen och avslutar paketet själv, så att du har en chans att få nyckeln till rummet innan timern i spelet går av (i vårt fall 1 timme)

Eftersom bilen befinner sig i ett helt mörkt rum, är lysdioder fasta inte långt från sensorn för att hjälpa den att läsa signalen från marken.

Lusten bakom detta gruppprojekt var att basera oss på det som redan finns på marknaden, modifiera det genom att lägga till ett personligt värde och kunna använda det på något roligt och interaktivt område. Faktum är att efter att ha varit i kontakt med ett framgångsrikt Escape Room i Bryssel, Belgien, upptäckte vi att flyktspel inte bara är mer och mer kända, utan att de ofta saknar interaktivitet och att kunderna klagar över att inte vara tillräckligt "en del av " spelet.

Vi försökte därför komma med en idé om en robot som skulle uppfylla de givna kraven samtidigt som vi bjöd in spelarna att verkligen vara en del av spelet.

Här är en sammanfattning av vad som händer i roboten:

- Den icke-autonoma delen: en fjärrkontroll är länkad till Arduino via en mottagare. Spelare styr fjärrkontrollen och styr därför Arduino som styr motorerna. Arduino slås på innan spelet startar, men det går in i huvudfunktionen när spelare löser en gåta på fjärrkontrollen. En trådlös IR -kamera är redan påslagen (slås på samtidigt som "helheten" (styrs av Arduino) när strömmen slås på/av). Spelare guidar bilen med fjärrkontrollen: de styr hastigheten och riktningen (se steg 5: flödesschema). När timern som startar när huvudfunktionen anges är lika med 30 minuter inaktiveras kontrollen från regulatorn.

- Den autonoma delen: kontrollen hanteras sedan av Arduino. Efter 30 minuter börjar IR -linjespårningssensorn följa en linje på marken för att avsluta parkeringen.

Steg 2: Material och verktyg

MATERIAL

Elektroniska delar

• Mikrokontroller:

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

• Sensorer:

  IR line tracker - Mc Hobby - 16,54 €

• Batterier:

  6x 1,5V batteri

• Övrig:

  • Protoboard
  • Trådlös kamera (mottagare) - Banggood - 21,63 €
  • Fjärrkontroll (sändare + mottagare) - Amazon - 36,99 €
  • Laddningsdocka (Qi -mottagare) - Reichelt - 22,33 € (används inte - se steg 7: Slutsats)
  • LED - Amazon - 23.60 €

Mekanisk del

• DIY bilchassi - Amazon - 14,99 €

  • Begagnade:

    • 1x omkopplare
    • 1x hjul
    • 2x hjul
    • 2x likströmsmotor
    • 1x batterihållare

  • Inte använd:

    • 1x bilchassi
    • 4x M3*30 skruv
    • 4x L12 distansbricka
    • 4x fästelement
    • 8x M3*6 skruv
    • M3 -mutter
• Magnet - Amazon - 9,99 €

• Bultar, muttrar, skruvar

  • M2*20
  • M3*12
  • M4*40
  • M12*30
  • alla respektive muttrar

• 3D -tryckta bitar:

  • 5x fjädrar
  • 2x motorfixering
  • 1x L-formad linjespårfixering

• Laserskurna bitar:

  • 2x rund platt platta
  • 5x rektangel liten platt tallrik

VERKTYG

• Maskiner:

  • 3d skrivare
  • Laserskärare
• Skruvmejslar
• Handborrare
• Kalk
• Elektroniklödning

Steg 3: (Laser) skärning och (3D) utskrift

Vi använde både laserskärning och 3D -utskriftsteknik för att få fram några av våra komponenter. Du hittar alla CAD -filer i filen. Steg nedan

Laserskärare

Robotens två huvudsakliga fixeringsstycken var laserskurna: (Material = MDF -kartong på 4 mm)

- 2 runda platta skivor för att skapa grunden (eller chassit) för roboten

- Flera hål på de två skivorna för att rymma mekaniska och elektroniska komponenter

- 5 rektangel små plattor för att fixera fjädrarna mellan de två chassiplattorna

3D -skrivare (Ultimakers & Prusa)

Olika element i roboten trycktes 3D för att ge dem motstånd och flexibilitet på samma gång: (Material = PLA)- 5 fjädrar: observera att fjädrarna skrivs ut som block, så att det är nödvändigt att fila dem för att ge dem deras "vår" former!

- 2 rektangulära ihåliga delar för att fixera motorerna

- L-form för att rymma Line tracker

Steg 4: Montering av elektroniken

Som du kan se på de elektroniska skisserna är Arduino som förväntat den centrala delen av den elektroniska delen.

Connexion Arduino - Line tracker: (jfr. Motsvarande följare skiss)

Connexion Arduino - Motorer: (jfr. Motsvarande allmän skiss - vänster)

Connexion Arduino - Fjärrkontrollmottagare: (jfr. Motsvarande allmän skiss - upp)

Connexion Arduino - lysdioder: (jfr. Motsvarande allmän skiss - vänster)

Ett protoboard används för att öka antalet 5V- och GND -portar och underlätta alla anslutningar.

Detta steg är inte det enklaste, eftersom det måste uppfylla kraven som lyfts fram ovan (autonomi, användarvänlighet, robusthet, säkerhet), och eftersom elektrisk krets kräver särskild uppmärksamhet och försiktighet.

Steg 5: Kodning

Den kodande delen gäller Arduino, motorer, fjärrkontroll, linjespårare och lysdioder.

Du hittar på koden:

1. Variabeldeklaration:

• Pin -deklaration som används av RC -mottagare
• Pin -deklaration som används av DC Motors
• Pin -deklaration som används av lysdioder
• Variabeldeklaration som används av funktionen 'Riddle'
• Pin -deklaration som används av IR -sensorer
• Variabeldeklaration som används av IR Deck

2. Initieringsfunktion: initiera de olika stiften och lysdioderna

Funktionen 'setup ()'

3. Funktion för motorer:

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

4. Funktionslinjespårare: använder den tidigare funktionen 'CaliRobot ()' under robotens semi-autonoma beteende

Funktion 'Follower ()'

5. Funktion för fjärrkontroll (gåta): innehåller rätt lösning på gåtan som presenteras för spelarna

Funktion 'Riddle ()'

6. Main loop -funktion: gör det möjligt för spelarna att styra bilen när de har hittat lösningen på gåtan, startar en timer och växlar ingången från digital (fjärrstyrd) till digital (autonom) när timern går över 30 minuter

Funktion 'loop ()'

Kodens huvudprocess förklaras i flödesschemat här ovan, med huvudfunktionerna markerade.

Du kan också hitta hela koden för detta projekt i filen.ino bifogad, som skrevs med utvecklingsgränssnittet Arduino IDE.

Steg 6: Montering

När vi har alla komponenter laserskurna, 3D -tryckta och klara: vi kan montera det hela!

Först fixar vi de 3D -tryckta fjädrarna på deras laserskurna rektangelplattor med bultar med diameter lika med diametern på hålen inuti fjädrarna.

När de fem fjädrarna är fixerade på sina små plattor kan vi fixa den senare på den nedre chassiplattan med mindre bultar.

För det andra kan vi fixa motorerna till de 3D -tryckta motorfixeringarna, under den nedre chassiplattan med små bultar.

När de är fixade kan vi fixa de två hjulen på motorerna inuti hålen på den nedre chassiplattan.

För det tredje kan vi fixa hjulet, även under den nedre chassiplattan, med små bultar så att den nedre chassiplattan är horisontell

Vi kan nu fixa alla andra komponenter

• Nedre chassiplattan:

  • Nedan:

    • Linjespårare
    • LED

  • Över:

    • Mottagare för fjärrkontroll
    • Arduino & motorskydd
    • LED

• Övre chassiplatta:

  • Nedan:

    Kamera

  • Över:

    • Batterier
    • På / Av knapp

Slutligen kan vi montera ihop de två chassiplattorna.

Obs: Var försiktig när du monterar alla komponenter! I vårt fall skadades en av de små plattorna för fjädrarna när de två chassiplattorna monterades, eftersom den var för tunn. Vi började igen med en större bredd. Var noga med att använda starka material när du använder laserskärningen (liksom 3D -skrivaren) och verifiera måtten så att dina bitar inte är för tunna eller för sköra.

Steg 7: Slutsats

När alla komponenter är monterade (se till att alla komponenter är ordentligt fixerade och inte riskerar att falla av), kamerans mottagare ansluten till en skärm (dvs. tv -skärm) och batterierna (6x 1,5V) sätts på batterihållare, du är redo att testa det hela!

Vi har försökt ta projektet ett steg längre genom att ersätta batterierna (6x 1,5V) med ett bärbart batteri, med:

• konstruera en laddningsdocka (trådlös laddare fixerad i en laserskuren laddstation (se bilder));
• lägga till en mottagare (Qi -mottagare) på det bärbara batteriet (se bilder);
• skriver en funktion på Arduino som ber roboten att följa linjen på marken i motsatt riktning för att nå laddningsdockan och ladda batteriet så att hela roboten är autonomt redo för nästa spelsession.

Eftersom vi stötte på problem med att byta ut batterierna mot ett bärbart batteri strax före projektets slutdatum (påminnelse: detta projekt övervakades av våra professorer på ULB/VUB, vi hade därför en tidsfrist att respektera), vi kunde inte testa det slutförda robot. Du kan ändå hitta här en video av roboten som drivs från datorn (USB -anslutning) och styrs av fjärrkontrollen.

Ändå kunde vi nå alla de mervärden vi riktade oss mot:- Robusthet- Rund form- Start-gåta- Växling av kontroll (fjärrkontroll-> autonom) Om detta projekt har behållit din uppmärksamhet och din nyfikenhet är vi därför mycket nyfiken på att se vad du gjorde, se om du gjorde några av stegen annorlunda än vi och om du lyckades med den autonoma laddningsprocessen!

Tveka inte att berätta vad du tycker om det här projektet!