Escape Robot: RC -bil for et fluktspill: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Hovedformålet med dette prosjektet var å bygge en robot som ville skille seg fra allerede eksisterende roboter, og som kan brukes i et reelt og innovativt område.

Basert på personlig erfaring ble det besluttet å bygge en bilformet robot som skulle implementeres i et Escape Game. Takket være de forskjellige komponentene kunne spillerne slå på bilen ved å løse en gåte på kontrolleren, kontrollere bilens bane og få en nøkkel på vei for å unnslippe rommet.

Siden dette prosjektet var en del av et mekatronikk -kurs gitt ved Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) og Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Belgia, ble noen krav presentert i begynnelsen, for eksempel:

• Bruke og kombinere felt innen mekanikk, elektronikk og programmering
• Et budsjett på 200 €
• Å ha en ferdig og fungerende robot som bringer noe nytt

Og ettersom den skulle bli brukt i rømningsspilløkter i det virkelige liv, noen ganger flere økter på rad, var det nødvendig med noen flere krav for å være oppfylt:

• Autonomi: finne en måte å gjøre roboten semi-autonom til å respektere spillbegrensningene
• Brukervennlig: enkel å bruke, tilstedeværelse av en skjerm med tilbakemelding fra kameraet
• Robusthet: sterke materialer som kan absorbere støt
• Sikkerhet: spillere som ikke er i direkte kontakt med roboten

Trinn 1: Hovedkonsept og motivasjon

Som forklart i innledningen, er hovedkonseptet med dette prosjektet å lage og bygge en semi-autonom robot, først kontrollert av spillerne i fluktspillet, deretter i stand til å ta kontrollen tilbake fra spillerne.

Prinsippet er følgende: Tenk deg at du er låst inne i et rom med en vennegjeng. Den eneste muligheten til å komme seg ut av rommet er å finne en nøkkel. Nøkkelen er gjemt i en labyrint som ligger under føttene dine, i et mørkt mellomgulv. For å få nøkkelen har du tre ting i besittelse: en fjernkontroll, et kart og en skjerm. Fjernkontrollen lar deg styre en bil som allerede er i mellomgulvet, ved å løse en gåte som er forestilt på de eksisterende kontrollknappene på fjernkontrollen. Når du har løst den gåten, slås bilen på (jfr. Trinn 5: Koding - hovedfunksjonen kalt 'loop ()'), og du kan begynne å lede bilen gjennom labyrinten ved hjelp av det gitte kartet. Skjermen er der for å vise live det bilen ser, takket være et kamera festet foran roboten, og derfor hjelpe deg med å se banene og enda viktigere nøkkelen. Når du har fått nøkkelen takket være en magnet på bunnen av roboten, og når du har nådd slutten av labyrinten, er du i stand til å ta nøkkelen og rømme fra rommet du var låst inne.

Hovedkomponentene i roboten er derfor:

1. Gåte som skal løses på fjernkontrollen
2. Kontroll av roboten av spillerne med fjernkontroll
3. Kontrollskjerm basert på video filmet live av kameraet

Fordi i slike spill er hovedbegrensningen tid (i de fleste fluktspill har du mellom 30 minutter og 1 time på å komme deg ut for å lykkes), er en sensor festet og koblet til ved foten av roboten, slik at hvis du som spillere overskrider en gitt tid (i vårt tilfelle 30 minutter), tar roboten kontrollen tilbake og fullfører pakken selv, slik at du har en sjanse til å få nøkkelen til rommet før timeren i spillet går av (i vårt tilfelle 1 time)

Fordi bilen er i et helt mørkt rom, er lysdioder festet ikke langt fra sensoren for å hjelpe den med å lese signalet fra bakken.

Ønsket bak dette gruppeprosjektet var å basere oss på det som allerede finnes på markedet, endre det ved å tilføre en personlig verdi, og kunne bruke det i et morsomt og interaktivt felt. Faktisk, etter å ha vært i kontakt med et vellykket Escape Room i Brussel, Belgia, oppdaget vi at fluktspill ikke bare er mer og mer kjent, men at de ofte mangler interaktivitet og at kunder klager over ikke å være nok "en del av " spillet.

Vi prøvde derfor å komme på en idé om en robot som ville oppfylle de gitte kravene samtidig som vi inviterte spillerne til å virkelig være en del av spillet.

Her er en oppsummering av hva som skjer i roboten:

- Den ikke-autonome delen: en fjernkontroll er koblet til Arduino via en mottaker. Spillere styrer fjernkontrollen og kontrollerer derfor Arduino som styrer motorene. Arduino er slått på før spillet starter, men det går inn i hovedfunksjonen når spillere løser en gåte på fjernkontrollen. Et trådløst IR -kamera er allerede slått på (slått på samtidig som "hele" (kontrollert av Arduino) når på/av -bryteren er slått på). Spillere leder bilen med fjernkontrollen: de kontrollerer hastigheten og retningen (se trinn 5: flytdiagram). Når timeren som starter når hovedfunksjonen legges inn er lik 30 minutter, deaktiveres kontrollen fra kontrolleren.

- Den autonome delen: kontrollen administreres deretter av Arduino. Etter 30 minutter begynner IR -linjesporingssensoren å følge en linje på bakken for å fullføre parcours.

Trinn 2: Materiale og verktøy

MATERIALE

Elektroniske deler

• Mikrokontroller:

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

• Sensorer:

  IR line tracker - Mc Hobby - 16,54 €

• Batterier:

  6x 1,5V batteri

• Annet:

  • Protoboard
  • Trådløst kamera (mottaker) - Banggood - 21,63 €
  • Fjernkontroll (sender + mottaker) - Amazon - 36,99 €
  • Ladestasjon (Qi -mottaker) - Reichelt - 22,33 € (ikke brukt - se trinn 7: Konklusjon)
  • LED - Amazon - 23.60 €

Mekanisk del

• DIY bilchassisett - Amazon - 14,99 €

  • Brukt:

    • 1x bryter
    • 1x hjul
    • 2x hjul
    • 2x likestrømsmotor
    • 1x batteriholder

  • Ikke brukt:

    • 1x bilchassis
    • 4x M3*30 skrue
    • 4x L12 -avstandsstykke
    • 4x fester
    • 8x M3*6 skrue
    • M3 mutter
• Magnet - Amazon - 9,99 €

• Bolter, muttere, skruer

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

• 3D -trykte brikker:

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

• Laserskårede stykker:

  • 2x rund flat tallerken
  • 5x rektangel liten flat tallerken

VERKTØY

• Maskiner:

  • 3D -skriver
  • Laserskjærer
• Skrutrekkere
• Håndborer
• Kalk
• Elektronikk loddetinn

Trinn 3: (Laser) kutting og (3D) utskrift

Vi brukte både laserskjæring og 3D -utskriftsteknikker for å skaffe noen av komponentene våre. Du finner alle CAD -filene i filen. Trinn nedenfor

Laserskjærer

De to viktigste fikseringsbitene til roboten ble laserskåret: (Materiale = MDF -papp på 4 mm)

- 2 runde flate disker for å lage grunnlaget (eller chassiset) til roboten

- Flere hull på de to platene for å imøtekomme mekaniske og elektroniske komponenter

- 5 rektangel små plater for å fikse fjærene mellom de to chassisplatene

3D -skriver (Ultimakers & Prusa)

Forskjellige elementer i roboten ble 3D-trykt for å gi dem motstand og fleksibilitet på samme tid: (Material = PLA)- 5 fjærer: Vær oppmerksom på at fjærene skrives ut som blokker, slik at det er nødvendig å arkivere dem for å gi dem deres "vår" former!

- 2 rektangulære hule deler for å fikse motorene

- L-formet stykke for å imøtekomme Line tracker

Trinn 4: Montering av elektronikken

Som du kan se på de elektroniske skissene, er Arduino som forventet det sentrale stykket i den elektroniske delen.

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

Connexion Arduino - Motorer: (cfr. Tilsvarende generell skisse - venstre)

Connexion Arduino - Fjernkontrollmottaker: (cfr. Tilsvarende generell skisse - opp)

Connexion Arduino - LED: (cfr. Tilsvarende generell skisse - venstre)

Et protoboard brukes til å øke antallet 5V- og GND -porter og lette alle tilkoblinger.

Dette trinnet er ikke det enkleste, ettersom det trenger å oppfylle kravene som er fremhevet ovenfor (autonomi, brukervennlig, robusthet, sikkerhet), og da elektrisk krets trenger spesiell oppmerksomhet og forhåndsregler.

Trinn 5: Koding

Kodedelen gjelder Arduino, motorer, fjernkontroll, linjesporer og lysdioder.

Du finner det på koden:

1. Variabelerklæring:

• Pin -deklarasjon brukt av RC Receiver
• Pin -erklæring brukt av DC Motors
• Pin -deklarasjon brukt av LED -er
• Erklæring av variabler som brukes av funksjonen 'Riddle'
• Pin -deklarasjon brukt av IR Sensors
• Variabelerklæring brukt av IR Deck

2. Initialiseringsfunksjon: initialiser de forskjellige pinnene og lysdiodene

Funksjon 'oppsett ()'

3. Funksjon for motorer:

• Funksjon 'turn_left ()'
• Funksjon 'turn_right ()'
• Funksjon 'CaliRobot ()'

4. Funksjonslinjesporing: bruker den forrige 'CaliRobot ()' -funksjonen under robotens semi-autonome oppførsel

Funksjon 'Følger ()'

5. Funksjon for fjernkontroll (gåte): inneholder riktig løsning på gåten som presenteres for spillerne

Funksjon 'Riddle ()'

6. Hovedløyfefunksjon: gjør det mulig for spillerne å kontrollere bilen når de har funnet løsningen på gåten, starter en tidtaker og bytter inngang fra digital (fjernstyrt) til digital (autonom) når timeren går over 30 minutter

Funksjon 'loop ()'

Hovedprosessen for koden er forklart i flytskjemaet ovenfor, med hovedfunksjonene uthevet.

Du kan også finne hele koden for dette prosjektet i filen.ino vedlagt, som ble skrevet ved hjelp av utviklingsgrensesnittet Arduino IDE.

Trinn 6: Montering

Når vi har alle komponentene laserskåret, 3D -trykte og klare: kan vi montere det hele!

Først fikser vi de 3D -trykte fjærene på deres laserskårne rektangelplater med bolter med diameter lik diameteren på hullene inne i fjærene.

Når de fem fjærene er festet på de små platene, kan vi fikse de siste på den nedre chassisplaten med mindre bolter.

For det andre kan vi fikse motorene til de 3D -trykte motorfikseringene, under den nedre chassisplaten med små bolter.

Når de er fikset, kan vi fikse de 2 hjulene på motorene inne i hullene på den nedre chassisplaten.

For det tredje kan vi fikse hjulet, også under den nedre chassisplaten, med små bolter slik at den nedre chassisplaten er horisontal

Vi kan nå fikse alle de andre komponentene

• Nedre chassisplate:

  • Nedenfor:

    • Linjesporer
    • LED

  • Over:

    • Fjernkontrollmottaker
    • Arduino og motorskjold
    • LED

• Øvre chassisplate:

  • Nedenfor:

    Kamera

  • Over:

    • Batterier
    • På / av bryter

Til slutt kan vi montere de to chassisplatene sammen.

Merk: Vær forsiktig når du monterer alle komponentene sammen! I vårt tilfelle ble en av de små platene for fjærene skadet under montering av de to chassisplatene, fordi den var for tynn. Vi begynte igjen med en større bredde. Sørg for å bruke sterke materialer når du bruker laserskåret (så vel som 3D -skriveren), og bekreft dimensjonene slik at brikkene dine ikke er for tynne eller for skjøre.

Trinn 7: Konklusjon

Når alle komponentene er satt sammen (pass på at alle komponentene er godt festet og ikke risikerer å falle av), kobles mottakeren til kameraet til en skjerm (dvs. tv -skjerm) og batteriene (6x 1,5V) på batteriholder, du er klar til å teste det hele!

Vi har prøvd å ta prosjektet et skritt videre ved å erstatte batteriene (6x 1,5V) med et bærbart batteri, med:

• konstruere en ladestasjon (trådløs lader festet i en laserskåret ladestasjon (se bilder));
• legge til en mottaker (Qi -mottaker) på det bærbare batteriet (se bilder);
• skrive en funksjon på Arduino og be roboten om å følge linjen på bakken i motsatt retning for å nå ladestasjonen og lade batteriet slik at hele roboten er autonomt klar for neste spilløkt.

Ettersom vi støtte på problemer med å bytte batterier med et bærbart batteri rett før prosjektets frist (påminnelse: dette prosjektet ble overvåket av våre professorer i ULB/VUB, vi hadde derfor en frist til å respektere), og vi klarte ikke å teste det avsluttede robot. Du kan likevel finne her en video av roboten som drives fra datamaskinen (USB -tilkobling) og styres av fjernkontrollen.

Likevel klarte vi å nå alle tilleggsverdiene vi siktet oss mot:- Robusthet- Rund form- Slå på gåte- Bryter kontroll (fjern-> autonom) Hvis dette prosjektet har beholdt oppmerksomheten og nysgjerrigheten din, er vi derfor veldig nysgjerrig på å se hva du gjorde, se om du gjorde noen av trinnene annerledes enn vi gjorde, og se om du lyktes i den autonome ladeprosessen!

Ikke nøl med å fortelle oss hva du synes om dette prosjektet!