Robot za bijeg: RC automobil za igru bijega: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Glavna svrha ovog projekta bila je izgradnja robota koji bi se razlikovao od već postojećih robota i koji bi se mogao koristiti u stvarnom i inovativnom području.

Na temelju osobnog iskustva odlučeno je izgraditi robota u obliku automobila koji će se implementirati u Escape Game. Zahvaljujući različitim komponentama, igrači su mogli uključiti automobil rješavajući zagonetku na upravljaču, kontrolirati putanju automobila i na putu dobiti ključ kako bi pobjegli iz sobe.

Budući da je ovaj projekt bio dio tečaja mehatronike održanog na Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) i Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Belgija, na početku je predstavljeno nekoliko zahtjeva, kao što su:

• Korištenje i kombiniranje područja mehanike, elektronike i programiranja
• Budžet 200 €
• Imati gotovog i funkcionalnog robota koji donosi nešto novo

A kako će se koristiti u sesijama bijega iz stvarnog života, ponekad u više sesija zaredom, bilo je potrebno ispuniti još nekoliko zahtjeva:

• Autonomija: pronalaženje načina da se robot učini poluautonomnim da poštuje ograničenja igre
• User-friendly: jednostavan za korištenje, prisutnost zaslona s povratnim informacijama o kameri
• Robusnost: jaki materijali sposobni apsorbirati udarce
• Sigurnost: igrači nisu u izravnom kontaktu s robotom

Korak 1: Glavni koncept i motivacija

Kao što je objašnjeno u uvodu, glavni koncept ovog projekta je stvaranje i izgradnja poluautonomnog robota, kojim prvo upravljaju igrači bijega, a zatim može preuzeti kontrolu od igrača.

Princip je sljedeći: Zamislite da ste zaključani u sobi s grupom prijatelja. Jedina mogućnost da izađete iz sobe je pronaći ključ. Ključ je skriven u labirintu koji se nalazi ispod vaših nogu, u tamnom međukatu. Da biste dobili taj ključ, imate u posjedu tri stvari: daljinski upravljač, kartu i zaslon. Daljinski upravljač omogućuje vam upravljanje automobilom koji se već nalazi na međukatu, rješavanjem zagonetke zamišljene na postojećim tipkama za upravljanje na daljinskom upravljaču. Nakon što riješite tu zagonetku, automobil se uključuje (cfr. Korak 5: Kodiranje - glavna funkcija pod nazivom 'loop ()'), i možete započeti vođenje automobila kroz labirint uz pomoć dane karte. Zaslon je tu da prikaže uživo ono što automobil vidi, zahvaljujući kameri postavljenoj ispred robota, i stoga vam pomaže da vidite putanje i još važnije ključ. Jednom kad dobijete ključ zahvaljujući magnetu na dnu robota, i kad stignete do kraja labirinta, moći ćete uzeti ključ i pobjeći iz sobe u kojoj ste bili zaključani.

Stoga su glavne komponente robota:

1. Zagonetka se rješava na daljinskom upravljaču
2. Igrači upravljaju robotom pomoću daljinskog upravljača
3. Kontrolni zaslon temeljen na video zapisu snimljenom kamerom uživo

Budući da je u takvim igrama glavno ograničenje vrijeme (u većini igara za bijeg imate između 30 minuta i 1 sat da izađete da biste uspjeli), senzor je pričvršćen i spojen na podnožje robota tako da ako vi, kao igrači, prekoračite zadano vrijeme (u našem slučaju 30 minuta), robot preuzima kontrolu i sam završava parkure, tako da imate priliku dobiti ključ sobe prije nego što se mjerač vremena isključi (u našem slučaju 1 sat)

Također, kako se automobil nalazi u potpuno mračnoj prostoriji, LED diode su fiksirane nedaleko od senzora kako bi mu pomogle očitati signal sa zemlje.

Želja koja stoji iza ovog grupnog projekta bila je bazirati se na onome što već postoji na tržištu, izmijeniti ga dodavanjem osobne vrijednosti i moći ga koristiti u nekom zabavnom i interaktivnom polju. Zapravo, nakon što smo bili u kontaktu s uspješnom Escape Room -om u Bruxellesu u Belgiji, otkrili smo da igre bijega nisu samo sve poznatije, već im često nedostaje interaktivnosti i kako se korisnici žale da nisu dovoljni "dio " igra.

Stoga smo pokušali doći do ideje o robotu koji bi zadovoljio zadane uvjete pozivajući igrače da doista budu dio igre.

Evo sažetka onoga što se događa u robotu:

- Ne-autonomni dio: daljinski upravljač povezan je s Arduinom putem prijemnika. Igrači upravljaju daljinskim upravljačem i stoga upravljaju Arduinom koji upravlja motorima. Arduino se uključuje prije početka igre, ali ulazi u glavnu funkciju kada igrači riješe zagonetku na daljinskom upravljaču. Bežična IC kamera je već uključena (uključena u isto vrijeme kad i "cjelina" (kontrolira Arduino) kada je uključeno/isključeno). Igrači vode automobil daljinskim upravljačem: oni kontroliraju brzinu i smjer (usp. Korak 5: dijagram toka). Kad je mjerač vremena koji se pokreće pri unosu glavne funkcije jednak 30 minuta, upravljanje s regulatora je onemogućeno.

- Autonomni dio: kontrolom tada upravlja Arduino. Nakon 30 minuta, senzor za praćenje IC linija počinje pratiti liniju na tlu kako bi završio parkure.

Korak 2: Materijal i alati

MATERIJAL

Elektronički dijelovi

• Mikrokontroler:

  • Arduino UNO
  • Arduino motorni štit - Reichelt - 22,52 €

• Senzori:

  IR linijski tracker - Mc Hobby - 16,54 €

• Baterije:

  6x 1,5V baterija

• Ostalo:

  • Protoboard
  • Bežična kamera (prijemnik) - Banggood - 21,63 €
  • Daljinski upravljač (odašiljač + prijemnik) - Amazon - 36,99 €
  • Priključna stanica za punjenje (Qi prijemnik) - Reichelt - 22,33 € (ne koristi se - up. Korak 7: Zaključak)
  • LED - Amazon - 23,60 €

Mehanički dio

• DIY komplet šasije automobila - Amazon - 14,99 €

  • Koristi se:

    • 1x prekidač
    • 1x kotač
    • 2x kotači
    • 2x istosmjerni motor
    • 1x držač baterije

  • Ne koristi se:

    • 1x šasija automobila
    • 4x vijak M3*30
    • 4x odstojnik L12
    • 4x zatvarači
    • 8x vijak M3*6
    • M3 matica
• Magnet - Amazon - 9,99 €

• Vijci, matice, vijci

  • M2*20
  • M3*12
  • M4*40
  • M12*30
  • sve odgovarajuće matice

• 3D tiskani komadi:

  • 5x opruge
  • 2x pričvršćivanje motora
  • 1x pričvršćivanje tragača u obliku slova L

• Laserski izrezani komadi:

  • 2x okrugla ravna ploča
  • Mala ravna ploča 5x pravokutnika

ALAT

• Strojevi:

  • 3D pisač
  • Laserski rezač
• Odvijači
• Ručna bušilica
• Vapno
• Lemljenje elektronike

Korak 3: (Lasersko) rezanje i (3D) ispis

Koristili smo i lasersko rezanje i tehnike 3D ispisa kako bismo dobili neke od naših komponenti. Sve CAD datoteke možete pronaći u datoteci.step ispod

Laserski rezač

Dva glavna dijela za pričvršćivanje robota izrezana su laserom: (Materijal = MDF karton od 4 mm)

- 2 okrugla ravna diska koji čine osnovu (ili šasiju) robota

- Nekoliko rupa na dva diska kako bi se smjestile mehaničke i elektroničke komponente

- 5 malih pravokutnih ploča za pričvršćivanje opruga između dviju ploča šasije

3D pisač (Ultimakers & Prusa)

Različiti elementi robota tiskani su 3D, kako bi im se istovremeno dala otpornost i fleksibilnost: (Materijal = PLA)- 5 opruga: imajte na umu da su opruge ispisane kao blokovi, tako da ih je potrebno turpijati kako bi se im njihove 'proljetne' oblike!

- 2 pravokutna šuplja dijela za pričvršćivanje motora

- Komad u obliku slova L za smještaj Line trackera

Korak 4: Sastavljanje elektronike

Kao što možete vidjeti na elektroničkim skicama, Arduino je očekivano središnji dio elektroničkog dijela.

Connexion Arduino - Line tracker: (usp. Odgovarajuća skica sljedbenika)

Connexion Arduino - Motori: (usp. Odgovarajuća opća skica - lijevo)

Connexion Arduino - prijemnik za daljinsko upravljanje: (usp. Odgovarajuća opća skica)

Connexion Arduino - LED diode: (usp. Odgovarajuća opća skica - lijevo)

Protoboard se koristi za povećanje broja 5V i GND portova i olakšavanje svih veza.

Ovaj korak nije najlakši jer mora ispuniti gore navedene zahtjeve (autonomija, prilagođen korisniku, robusnost, sigurnost), a budući da električni krug zahtijeva posebnu pozornost i mjere opreza.

Korak 5: Kodiranje

Kodiranje se odnosi na Arduino, motore, daljinski upravljač, linijski tracker i LED diode.

U kodu možete pronaći:

1. Deklaracija varijabli:

• Deklaracija pina koju koristi RC prijemnik
• Deklaracija pina koju koriste istosmjerni motori
• Deklaracija pina koju koriste LED diode
• Deklaracija varijabli koje koristi funkcija 'Riddle'
• Deklaracija pina koju koriste IR senzori
• Deklaracija varijabli koje koristi IR Deck

2. Funkcija inicijalizacije: inicijalizacija različitih pinova i LED dioda

Funkcija 'setup ()'

3. Funkcija za motore:

• Funkcija 'turn_left ()'
• Funkcija 'turn_right ()'
• Funkcija 'CaliRobot ()'

4. Praćenje funkcionalnih linija: koristi prethodnu funkciju 'CaliRobot ()' tijekom poluautonomnog ponašanja robota

Funkcija "Sljedbenik ()"

5. Funkcija za daljinski upravljač (zagonetka): sadrži pravo rješenje zagonetke prezentirane igračima

Funkcija 'Zagonetka ()'

6. Funkcija glavne petlje: omogućuje igračima da kontroliraju automobil nakon što pronađu rješenje zagonetke, pokrene mjerač vremena i prebaci ulaz s digitalnog (daljinski upravljano) na digitalno (autonomno) kada mjerač vremena pređe 30 minuta

Funkcija 'loop ()'

Glavni postupak koda objašnjen je u dijagramu toka ovdje gore, s istaknutim glavnim funkcijama.

Cijeli kod za ovaj projekt možete pronaći i u priloženoj datoteci.ino koja je napisana pomoću razvojnog sučelja Arduino IDE.

Korak 6: Sklapanje

Nakon što sve komponente izrežemo laserski, 3D ispisane i spremne: možemo sastaviti cijelu stvar!

Prvo fiksiramo 3D tiskane opruge na njihove laserski izrezane pravokutne ploče s vijcima promjera jednakim promjeru rupa unutar opruga.

Nakon što je 5 opruga pričvršćeno na male ploče, možemo ih pričvrstiti na donju ploču šasije manjim vijcima.

Drugo, možemo pričvrstiti motore na 3D tiskane pričvršćivače motora, ispod donje ploče šasije malim vijcima.

Kad se oni poprave, možemo doći popraviti 2 kotača na motorima unutar rupa na donjoj ploči šasije.

Treće, točak kotača, također ispod donje ploče šasije, možemo pričvrstiti malim vijcima tako da donja ploča šasije bude vodoravna

Sada možemo popraviti sve ostale komponente

• Donja ploča šasije:

  • Ispod:

    • Tragač linija
    • LED

  • Preko:

    • Prijemnik na daljinsko upravljanje
    • Arduino & štitnik motora
    • LED

• Gornja ploča šasije:

  • Ispod:

    Fotoaparat

  • Preko:

    • Baterije
    • Prekidač za uključivanje/isključivanje

Konačno, možemo sastaviti dvije ploče šasije zajedno.

Napomena: Budite oprezni pri sastavljanju svih komponenti zajedno! U našem slučaju, jedna od malih ploča opruga se oštetila prilikom sastavljanja dviju ploča šasije, jer je bila previše tanka. Ponovno smo počeli s većom širinom. Prilikom upotrebe laserskog rezanja (kao i 3D pisača) upotrijebite čvrste materijale i provjerite dimenzije tako da vaši komadi nisu previše tanki ili previše krhki.

Korak 7: Zaključak

Nakon što su sve komponente sastavljene (provjerite jesu li sve komponente dobro učvršćene i ne riskiraju da padnu), prijemnik fotoaparata spojen je na zaslon (tj. TV ekran), a baterije (6x 1,5 V) stavite na držač baterije, spremni ste za testiranje cijele stvari!

Pokušali smo projekt učiniti korak dalje zamjenom baterija (6x 1,5V) prijenosnom baterijom, i to:

• izgradnja priključne stanice za punjenje (bežični punjač pričvršćen u lasersko izrezanu stanicu za punjenje (vidi fotografije));
• dodavanje prijemnika (Qi prijemnik) na prijenosnu bateriju (vidi fotografije);
• ispisivanje funkcije na Arduinu tražeći od robota da slijedi liniju na tlu u suprotnom smjeru kako bi došao do priključne stanice za punjenje i napunio bateriju tako da je cijeli robot autonomno spreman za sljedeću sesiju igre.

Budući da smo naišli na probleme pri zamjeni baterija prijenosnom baterijom neposredno prije isteka roka za projekt (podsjetnik: ovaj projekt nadzirali su naši profesori ULB/VUB -a, stoga smo imali rok za poštivanje), nismo uspjeli testirati dovršene robot. Ipak, ovdje možete pronaći video zapis robota koji se napaja iz računala (USB priključak) i kojim upravlja daljinski upravljač.

Bez obzira na to, uspjeli smo postići sve dodatne vrijednosti koje smo ciljali:- Robusnost- Okrugli oblik- Uključena zagonetka- Prekidač za upravljanje (daljinski-> autonomni) Ako je ovaj projekt zadržao vašu pažnju i vašu znatiželju, vrlo smo znatiželjni vidjeti što ste učinili, vidjeti jeste li učinili neke korake drugačije od nas i vidjeti jeste li uspjeli u procesu autonomnog punjenja!

Ne ustručavajte se reći nam što mislite o ovom projektu!