Únikový robot: RC auto pro únikovou hru: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Hlavním účelem tohoto projektu bylo postavit robota, který by se odlišoval od již existujících robotů a který by mohl být použit ve skutečné a inovativní oblasti.

Na základě osobních zkušeností bylo rozhodnuto postavit robot ve tvaru auta, který by byl implementován do hry Escape Game. Díky různým součástem mohli hráči zapnout auto vyřešením hádanky na ovladači, ovládat trajektorii auta a získat klíč na cestě za únikem z místnosti.

Jelikož byl tento projekt součástí kurzu mechatroniky pořádaného na Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) a Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Belgie, bylo na začátku představeno několik požadavků, jako například:

• Využití a kombinace oborů mechaniky, elektroniky a programování
• Rozpočet 200 €
• Mít hotového a fungujícího robota, který přináší něco nového

A protože to mělo být použito v relacích únikových her v reálném životě, někdy více relací za sebou, bylo zapotřebí splnit několik dalších požadavků:

• Autonomie: nalezení způsobu, jak učinit robota poloautonomním, aby respektoval herní omezení
• Uživatelsky přívětivý: snadné použití, přítomnost obrazovky se zpětnou vazbou fotoaparátu
• Robustnost: silné materiály schopné absorbovat nárazy
• Bezpečnost: hráči, kteří nejsou v přímém kontaktu s robotem

Krok 1: Hlavní koncept a motivace

Jak bylo vysvětleno v úvodu, hlavním konceptem tohoto projektu je vytvořit a postavit poloautonomního robota, který bude nejprve řízen hráči únikové hry a poté bude schopen převzít zpět ovládání od hráčů.

Princip je následující: Představte si, že jste zavřeni v místnosti se skupinou přátel. Jedinou možností, jak se dostat ven z místnosti, je najít klíč. Klíč je ukryt v bludišti umístěném pod nohama, v tmavé mezipodlaze. K získání tohoto klíče máte tři věci: dálkový ovladač, mapu a obrazovku. Dálkový ovladač vám umožní ovládat auto, které je již v mezipatře, vyřešením hádanky představené na stávajících ovládacích tlačítkách na dálkovém ovladači. Jakmile tuto hádanku vyřešíte, auto se zapne (viz krok 5: Kódování - hlavní funkce s názvem 'loop ()') a pomocí dané mapy můžete začít vést auto bludištěm. Obrazovka je k dispozici k tomu, aby živě zobrazovala, co auto vidí, díky kameře upevněné před robotem, a proto vám pomůže vidět trajektorie a hlavně klíč. Jakmile získáte klíč díky magnetu na spodní straně robota, a jakmile se dostanete na konec bludiště, jste schopni vzít klíč a uniknout z místnosti, ve které jste byli zamčeni.

Hlavními součástmi robota jsou tedy:

1. Hádanku je třeba vyřešit na dálkovém ovladači
2. Ovládání robota hráči pomocí dálkového ovladače
3. Ovládací displej na základě videa natočeného živě kamerou

Protože v takových hrách je hlavním omezením čas (ve většině únikových her máte 30 minut až 1 hodinu na to, abyste se dostali ven, abyste uspěli), je na základně robota připevněn a připojen senzor, takže pokud jako hráči překročíte v daném čase (v našem případě 30 minut), robot převezme řízení zpět a dokončí parcours sám, takže máte šanci získat klíč od místnosti, než se vypne časovač hry (v našem případě 1 hodina)

Protože je auto ve zcela temné místnosti, LED diody jsou upevněny nedaleko od senzoru, aby mu pomohly přečíst signál ze země.

Touhou tohoto skupinového projektu bylo založit se na tom, co již na trhu existuje, upravit to přidáním osobní hodnoty a umět to použít v nějaké zábavné a interaktivní oblasti. Ve skutečnosti jsme po kontaktu s úspěšnou Escape Room v belgickém Bruselu zjistili, že únikové hry jsou nejen stále známější, ale že jim často chybí interaktivita a že si zákazníci stěžují, že nestačí “ hra.

Pokusili jsme se proto přijít s nápadem robota, který by splňoval dané požadavky a zároveň zval hráče, aby byli opravdu součástí hry.

Zde je souhrn toho, co se děje v robotu:

- Neautonomní část: dálkový ovladač je propojen s Arduinem prostřednictvím přijímače. Hráči ovládají dálkové ovládání, a proto ovládají Arduino, které ovládá motory. Arduino se zapne před začátkem hry, ale do hlavní funkce vstoupí, když hráči vyřeší hádanku na dálkovém ovladači. IR bezdrátová kamera je již zapnutá (zapíná se současně s „celou“(ovládanou Arduinem) při zapnutí zapnuto/vypnuto). Hráči vedou auto dálkovým ovladačem: ovládají rychlost a směr (viz krok 5: vývojový diagram). Když je časovač, který se spustí při zadání hlavní funkce, roven 30 minutám, ovládání z ovladače je deaktivováno.

- Autonomní část: ovládání pak spravuje Arduino. Po 30 minutách začne senzor sledovače infračervených čar sledovat čáru na zemi, aby dokončil parcours.

Krok 2: Materiál a nástroje

MATERIÁL

Elektronické součástky

• Mikrokontrolér:

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

• Senzory:

  IR line tracker - Mc Hobby - 16,54 €

• Baterie:

  6x 1,5V baterie

• Jiný:

  • Protoboard
  • Bezdrátová kamera (přijímač) - Banggood - 21,63 €
  • Dálkový ovladač (vysílač + přijímač) - Amazon - 36,99 €
  • Nabíjecí dok (přijímač Qi) - Reichelt - 22,33 € (nepoužito - viz krok 7: Závěr)
  • LED - Amazon - 23,60 €

Mechanická část

• DIY sada podvozku automobilu - Amazon - 14,99 EUR

  • Použito:

    • 1x přepínač
    • 1x otočné kolo
    • 2x kola
    • 2x stejnosměrný motor
    • 1x držák baterie

  • Nepoužívá:

    • 1x podvozek automobilu
    • 4x šroub M3*30
    • 4x spacer L12
    • 4x spojovací materiál
    • 8x šroub M3*6
    • Matice M3
• Magnet - Amazon - 9,99 EUR

• Šrouby, matice, šrouby

  • M2*20
  • M3*12
  • M4*40
  • M12*30
  • všechny příslušné matice

• 3D tištěné kousky:

  • 5x pružiny
  • 2x fixace motoru
  • 1x fixace sledovače čáry ve tvaru L

• Laserem řezané kusy:

  • 2x kulatý plochý talíř
  • 5x obdélník malá plochá deska

NÁŘADÍ

• Stroje:

  • 3D tiskárna
  • Laserová řezačka
• Šroubováky
• Ruční vrtačka
• Limetka
• Pájka na elektroniku

Krok 3: (Laserové) řezání a (3D) tisk

K získání některých našich komponentů jsme použili laserové řezání i techniky 3D tisku. Všechny soubory CAD najdete v souboru.krok níže

Laserová řezačka

Dva hlavní fixační kusy robota byly řezány laserem: (materiál = MDF lepenka 4 mm)

- 2 kulaté ploché disky, které tvoří základ (nebo podvozek) robota

- Několik otvorů na dvou discích pro umístění mechanických a elektronických součástí

- 5 obdélníkových malých desek k upevnění pružin mezi dvěma deskami podvozku

3D tiskárna (Ultimakers a Prusa)

Různé prvky robota byly vytištěny 3D, aby jim současně poskytly odolnost a flexibilitu: (Materiál = PLA)- 5 pružin: všimněte si, že pružiny jsou vytištěny jako bloky, takže je nutné je zařadit jejich „jarní“tvary!

- 2 obdélníkové duté části k upevnění motorů

- Kus ve tvaru písmene L pro umístění sledovače linek

Krok 4: Sestavení elektroniky

Jak můžete vidět na elektronických skicách, Arduino je podle očekávání ústředním prvkem elektronické části.

Connexion Arduino - Line tracker: (srov. Odpovídající náčrtek následovníka)

Connexion Arduino - Motory: (srov. Odpovídající obecný náčrtek - vlevo)

Connexion Arduino - přijímač dálkového ovládání: (srov. Odpovídající obecný náčrtek - up)

Connexion Arduino - LED diody: (srov. Odpovídající obecný náčrtek - vlevo)

Protoboard se používá ke zvýšení počtu portů 5V a GND a usnadnění všech připojení.

Tento krok není nejjednodušší, protože musí splňovat výše uvedené požadavky (samostatnost, uživatelsky přívětivý, robustnost, bezpečnost) a jako elektrický obvod vyžadují zvláštní pozornost a předběžná opatření.

Krok 5: Kódování

Část kódování se týká Arduina, motorů, dálkového ovladače, sledovače linek a LED diod.

Na kódu najdete:

1. Deklarace proměnných:

• Prohlášení o pinu použitém RC přijímačem
• Prohlášení o kolíku používaném DC Motors
• Prohlášení o pinu používaném LED diodami
• Deklarace proměnných používaných funkcí 'Riddle'
• Prohlášení o kolíku používaném infračervenými senzory
• Deklarace proměnných používaných IR Deck

2. Inicializační funkce: inicializace různých pinů a LED diod

Funkce 'setup ()'

3. Funkce pro motory:

• Funkce 'turn_left ()'
• Funkce 'turn_right ()'
• Funkce 'CaliRobot ()'

4. Sledovač funkčních linek: používá předchozí funkci „CaliRobot ()“během semi-autonomního chování robota

Funkce 'Follower ()'

5. Funkce pro dálkový ovladač (hádanka): obsahuje správné řešení hádanky předložené hráčům

Funkce 'Riddle ()'

6. Funkce hlavní smyčky: umožňuje hráčům ovládat auto, jakmile najdou řešení hádanky, spustí časovač a přepne vstup z digitálního (dálkově ovládaného) na digitální (autonomní), jakmile časovač překročí 30 minut

Funkce 'loop ()'

Hlavní postup kódu je vysvětlen ve výše uvedeném vývojovém diagramu se zvýrazněnými hlavními funkcemi.

Celý kód pro tento projekt najdete také v přiloženém souboru.ino, který byl napsán pomocí vývojového rozhraní Arduino IDE.

Krok 6: Sestavení

Jakmile máme všechny součásti vyřezané laserem, 3D vytištěné a připravené: můžeme to celé sestavit!

Nejprve připevníme 3D tištěné pružiny na jejich laserem řezané obdélníkové desky pomocí šroubů o průměru rovném průměru otvorů uvnitř pružin.

Jakmile je 5 pružin upevněno na jejich malých deskách, můžeme je upevnit na spodní podvozkovou desku menšími šrouby.

Za druhé, můžeme upevnit motory na 3D tištěné fixace motoru pod spodní rámovou desku pomocí malých šroubů.

Jakmile jsou opraveny, můžeme přijít opravit 2 kola na motory uvnitř otvorů spodní desky podvozku.

Za třetí, můžeme otočné kolo upevnit také pod spodní desku podvozku pomocí malých šroubů tak, aby spodní deska podvozku byla vodorovná

Nyní můžeme opravit všechny ostatní součásti

• Spodní deska podvozku:

  • Níže:

    • Sledovač linek
    • VEDENÝ

  • Přes:

    • Přijímač dálkového ovladače
    • Arduino a štít motoru
    • VEDENÝ

• Horní deska podvozku:

  • Níže:

    Fotoaparát

  • Přes:

    • Baterie
    • Vypínač

Nakonec můžeme obě desky podvozku sestavit dohromady.

Poznámka: Buďte opatrní při montáži všech součástí dohromady! V našem případě se při montáži dvou desek podvozku poškodil jeden z malých plechů pružin, protože byl příliš tenký. Začali jsme znovu s větší šířkou. Při laserovém řezání (stejně jako 3D tiskárně) používejte silné materiály a ověřte rozměry, aby vaše kousky nebyly příliš tenké nebo příliš křehké.

Krok 7: Závěr

Jakmile jsou všechny součásti sestaveny (ujistěte se, že jsou všechny součásti dobře upevněny a nehrozí, že spadnou), přijímač fotoaparátu připojený k obrazovce (tj. Televizní obrazovce) a baterie (6x 1,5 V) nasaďte držák baterie, jste připraveni celou věc vyzkoušet!

Pokusili jsme se projekt posunout o krok dále tím, že nahradíme baterie (6x 1,5 V) přenosnými bateriemi:

• konstrukce nabíjecího doku (bezdrátová nabíječka upevněná v nabíjecí stanici řezané laserem (viz fotografie));
• přidání přijímače (přijímače Qi) na přenosnou baterii (viz fotografie);
• napsání funkce na Arduino, která žádá robota, aby sledoval čáru na zemi v opačném směru, aby dosáhl nabíjecího doku a dobil baterii, aby byl celý robot autonomně připraven na další herní relaci.

Jelikož jsme těsně před termínem projektu narazili na problémy při výměně baterií za přenosnou baterii (připomenutí: na tento projekt dohlíželi naši profesoři ULB/VÚB, měli jsme tedy termín, který musíme dodržet), nemohli jsme otestovat finalizovaný robot. Můžete zde však najít video robota napájeného z počítače (připojení USB) a ovládaného dálkovým ovladačem.

Nicméně jsme byli schopni dosáhnout všech přidaných hodnot, na které jsme se zaměřili:- Robustnost- Kulatý tvar- Zapnout hádanku- Přepínač ovládání (dálkové-> autonomní) Pokud si tento projekt udržel vaši pozornost a vaši zvědavost, jsme proto velmi jste zvědaví na to, co jste udělali, na to, jestli jste některé kroky udělali jinak než my, a na to, zda jste uspěli v procesu autonomního nabíjení!

Neváhejte nám sdělit, co si o tomto projektu myslíte!