Escape Robot: RC Car za pobeg: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Glavni namen tega projekta je bil izdelati robota, ki bi se razlikoval od že obstoječih robotov in bi ga lahko uporabili na resničnem in inovativnem področju.

Na podlagi osebnih izkušenj je bilo odločeno, da se izdela robot v obliki avtomobila, ki bi ga implementirali v Escape Game. Zaradi različnih sestavnih delov so igralci lahko vklopili avto z reševanjem uganke na krmilniku, nadzorovali pot avtomobila in na poti dobili ključ, da bi pobegnili iz sobe.

Ker je bil ta projekt del tečaja mehatronike na Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) in Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Belgija, je bilo na začetku predstavljenih nekaj zahtev, kot so:

• Uporaba in združevanje področij mehanike, elektronike in programiranja
• Proračun 200 €
• Imeti dokončanega in delujočega robota, ki prinaša nekaj novega

Ker se bo uporabljal v resničnih sejah pobega, včasih več sej zaporedoma, je bilo treba izpolniti še nekaj zahtev:

• Avtonomija: iskanje načina, kako narediti robota pol-avtonomnega, da bo spoštoval omejitve igre
• Uporabniku prijazen: enostaven za uporabo, prisotnost zaslona s povratnimi informacijami o kameri
• Robustnost: močni materiali, ki lahko absorbirajo udarce
• Varnost: igralci niso v neposrednem stiku z robotom

1. korak: Glavni koncept in motivacija

Kot je razloženo v uvodu, je glavni koncept tega projekta ustvariti in zgraditi polavtonomnega robota, ki ga najprej nadzirajo igralci igre pobega, nato pa lahko od igralcev prevzamejo nadzor.

Načelo je naslednje: Predstavljajte si, da ste zaprti v sobi s skupino prijateljev. Edina možnost, da izstopite iz sobe, je najti ključ. Ključ se skriva v labirintu, ki se nahaja pod vašimi nogami, v temnem vmesnem nadstropju. Če želite dobiti ta ključ, imate v lasti tri stvari: daljinski upravljalnik, zemljevid in zaslon. Daljinski upravljalnik vam omogoča upravljanje avtomobila že v vmesnem nadstropju z reševanjem uganke, ki si jo predstavljate na obstoječih gumbih za upravljanje na daljinskem upravljalniku. Ko rešite to uganko, se avto vklopi (cfr. 5. korak: Kodiranje - glavna funkcija z imenom 'loop ()') in lahko začnete voditi avto skozi labirint s pomočjo danega zemljevida. Zaslon je tam, da v živo prikaže tisto, kar avto vidi, zahvaljujoč kameri, pritrjeni pred robotom, in vam zato pomaga videti poti in še pomembneje ključ. Ko dobite ključ, zahvaljujoč magnetu na dnu robota, in ko dosežete konec labirinta, lahko vzamete ključ in pobegnete iz sobe, v kateri ste bili zaprti.

Glavni sestavni deli robota so torej:

1. Uganko je treba rešiti na daljinskem upravljalniku
2. Igralci nadzorujejo robota z daljinskim upravljalnikom
3. Nadzorni zaslon temelji na video posnetku, ki ga je kamera posnela v živo

Ker je pri takšnih igrah glavna omejitev čas (v večini iger pobega imate na voljo med 30 minutami in 1 uro, da uspete), je na dnu robota pritrjen in priključen senzor, tako da kot igralci presežete v določenem času (v našem primeru 30 minut) robot prevzame nadzor nazaj in sam zaključi parkure, tako da imate možnost, da dobite ključ sobe, preden se časovnik igre ugasne (v našem primeru 1 uro)

Ker je avto v popolnoma temni sobi, so nedaleč od senzorja pritrjene LED diode, ki mu pomagajo prebrati signal s tal.

Želja za tem skupinskim projektom je bila, da se opiramo na tisto, kar že obstaja na trgu, ga spremenimo z dodajanjem osebne vrednosti in ga lahko uporabimo na nekem zabavnem in interaktivnem področju. Pravzaprav smo po tem, ko smo bili v stiku z uspešno sobo za pobeg v Bruslju v Belgiji, odkrili, da igre za pobeg niso le vedno bolj znane, ampak jim pogosto primanjkuje interaktivnosti in da se stranke pritožujejo, da niso dovolj igra.

Zato smo poskušali priti do ideje o robotu, ki bi izpolnjeval dane zahteve, hkrati pa igralce povabil, da so resnično del igre.

Tu je povzetek dogajanja v robotu:

- Neavtonomni del: daljinski upravljalnik je prek sprejemnika povezan z Arduinom. Igralci nadzorujejo daljinski upravljalnik in zato nadzorujejo Arduino, ki upravlja motorje. Arduino se vklopi pred začetkom igre, vendar vstopi v glavno funkcijo, ko igralci rešijo uganko na daljinskem upravljalniku. Brezžična brezžična kamera IR je že vklopljena (vklopljena hkrati z "celoto" (nadzoruje Arduino), ko je vklop/izklop vklopljen). Igralci vodijo avto z daljinskim upravljalnikom: nadzorujejo hitrost in smer (prim. Korak 5: diagram poteka). Ko je časovnik, ki se zažene ob vnosu glavne funkcije, enak 30 minut, je krmiljenje iz krmilnika onemogočeno.

- Avtonomni del: nadzor nato upravlja Arduino. Po 30 minutah senzor za sledenje IR liniji začne slediti črti na tleh in konča parkure.

Korak: Material in orodja

MATERIAL

Elektronski deli

• Mikrokrmilnik:

  • Arduino UNO
  • Motorni ščit Arduino - Reichelt - 22,52 €

• Senzorji:

  IR linijski sledilnik - Mc Hobby - 16,54 €

• Baterije:

  6x 1,5V baterija

• Drugo:

  • Protoboard
  • Brezžična kamera (sprejemnik) - Banggood - 21,63 €
  • Daljinski upravljalnik (oddajnik + sprejemnik) - Amazon - 36,99 €
  • Polnilna postaja (sprejemnik Qi) - Reichelt - 22,33 € (ne uporablja se - prim. Korak 7: Zaključek)
  • LED - Amazon - 23,60 €

Mehanski del

• Komplet avtomobilske šasije DIY - Amazon - 14,99 €

  • Uporabljeno:

    • 1x stikalo
    • 1x kolesce
    • 2x kolesa
    • 2x enosmerni motor
    • 1x držalo za baterije

  • Se ne uporablja:

    • 1x podvozje avtomobila
    • 4x vijak M3*30
    • 4x distančnik L12
    • 4x pritrdilni elementi
    • 8x vijak M3*6
    • Matica M3
• Magnet - Amazon - 9,99 €

• Vijaki, matice, vijaki

  • M2*20
  • M3*12
  • M4*40
  • M12*30
  • vse ustrezne matice

• 3D natisnjeni kosi:

  • 5x vzmeti
  • 2x pritrditev motorja
  • 1x pritrditev sledilca v obliki črke L

• Laserski rezani kosi:

  • 2x okrogla ravna plošča
  • 5x pravokotna majhna ravna plošča

ORODJE

• Stroji:

  • 3D tiskalnik
  • Laserski rezalnik
• Izvijači
• Ročni vrtalnik
• Limeta
• Spajkanje elektronike

3. korak: (lasersko) rezanje in (3D) tiskanje

Za pridobivanje nekaterih komponent smo uporabili lasersko rezanje in 3D tiskanje. Vse datoteke CAD najdete v datoteki.step spodaj

Laserski rezalnik

Dva glavna pritrdilna dela robota sta bila lasersko izrezana: (Material = MDF karton 4 mm)

- 2 okrogla ploska diska za podlago (ali podvozje) robota

- Na obeh diskih je več lukenj za namestitev mehanskih in elektronskih komponent

- 5 pravokotnih majhnih ploščic za pritrditev vzmeti med dvema ploščama podvozja

3D tiskalnik (Ultimakers & Prusa)

Različni elementi robota so bili 3D natisnjeni, da bi jim hkrati dali odpornost in prilagodljivost: (Material = PLA)- 5 vzmeti: upoštevajte, da so vzmeti natisnjene kot bloki, zato jih je treba vložiti, da se jim 'pomladne' oblike!

- 2 pravokotna votla dela za pritrditev motorja

- kos v obliki črke L za namestitev sledilnika linije

4. korak: Sestavljanje elektronike

Kot lahko vidite na elektronskih skicah, je Arduino pričakovano osrednji del elektronskega dela.

Connexion Arduino - sledilnik linij: (cfr. Ustrezna skica sledilca)

Connexion Arduino - Motors: (cfr. Ustrezna splošna skica - levo)

Connexion Arduino - sprejemnik za daljinsko upravljanje: (cfr. Ustrezna splošna skica)

Connexion Arduino - LED: (cfr. Ustrezna splošna skica - levo)

Protoboard se uporablja za povečanje števila vrat 5V in GND ter olajšanje vseh povezav.

Ta korak ni najlažji, saj mora izpolnjevati zgoraj navedene zahteve (avtonomija, uporabniku prijazen, robustnost, varnost), električni tokokrog pa potrebuje posebno pozornost in previdnost.

5. korak: Kodiranje

Kodiranje se nanaša na Arduino, motorje, daljinski upravljalnik, sledilnik linij in LED.

V kodi najdete:

1. Izjava spremenljivk:

• Izjava pin, ki jo uporablja RC sprejemnik
• Izjava pin, ki jo uporabljajo enosmerni motorji
• Izjava pin, ki jo uporabljajo LED
• Izjava spremenljivk, ki jih uporablja funkcija "Uganka"
• Izjava pin, ki jo uporabljajo IR senzorji
• Izjava spremenljivk, ki jih uporablja IR Deck

2. Funkcija inicializacije: inicializirajte različne zatiče in LED

Funkcija 'setup ()'

3. Funkcija za motorje:

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

4. Sledilnik funkcijskih vrstic: uporablja prejšnjo funkcijo „CaliRobot ()“med polavtonomnim vedenjem robota

Funkcija 'Follower ()'

5. Funkcija za daljinski upravljalnik (uganka): vsebuje pravo rešitev uganke, ki je predstavljena igralcem

Funkcija 'Uganka ()'

6. Funkcija glavne zanke: omogoča igralcem, da nadzirajo avtomobil, ko najdejo rešitev uganke, zažene časovnik in preklopi vhod iz digitalnega (daljinsko vodeno) v digitalno (avtonomno), ko časovnik preseže 30 minut

Funkcija 'zanka ()'

Glavni postopek kode je razložen v zgornjem diagramu poteka, pri čemer so poudarjene glavne funkcije.

Celotno kodo tega projekta najdete tudi v priloženi datoteki.ino, ki je bila napisana z razvojnim vmesnikom Arduino IDE.

Korak 6: Sestavljanje

Ko imamo lasersko izrezane vse komponente, 3D natisnjene in pripravljene: lahko sestavimo celotno stvar!

Najprej pritrdimo 3D natisnjene vzmeti na njihove lasersko izrezane pravokotne plošče s sorniki s premerom, ki je enak premeru lukenj znotraj vzmeti.

Ko je 5 vzmeti pritrjenih na njihove majhne plošče, lahko slednje pritrdimo na spodnjo ploščo ohišja z manjšimi vijaki.

Drugič, motorje lahko pritrdimo na 3D tiskane pritrditve motorja pod spodnjo ploščo ohišja z majhnimi vijaki.

Ko jih popravimo, lahko pritrdimo 2 kolesi na motorje v luknje na spodnji plošči podvozja.

Tretjič, kolesce, tudi pod spodnjo ploščo ohišja, lahko pritrdimo z majhnimi vijaki, tako da je spodnja plošča ohišja vodoravna

Zdaj lahko popravimo vse ostale komponente

• Spodnja plošča ohišja:

  • Spodaj:

    • Sledilnik linij
    • LED

  • Več:

    • Sprejemnik za daljinski upravljalnik
    • Arduino in motorni ščit
    • LED

• Zgornja plošča ohišja:

  • Spodaj:

    Kamera

  • Več:

    • Baterije
    • Stikalo za vklop/izklop

Končno lahko dve plošči šasije sestavimo skupaj.

Opomba: Pri sestavljanju vseh sestavnih delov bodite previdni! V našem primeru se je ena izmed majhnih ploščic za vzmeti poškodovala pri sestavljanju dveh plošč ohišja, ker je bila pretanka. Spet smo začeli z večjo širino. Pri laserskem rezanju (pa tudi 3D -tiskalniku) uporabite močne materiale in preverite dimenzije, tako da vaši kosi niso preveč tanki ali preveč krhki.

7. korak: Zaključek

Ko so vse komponente sestavljene (preverite, ali so vse komponente dobro pritrjene in ne tvegajo padca), sprejemnik kamere priključite na zaslon (tj. TV -zaslon) in baterije (6x 1,5 V) vstavite v držalo za baterije, pripravljeni ste preizkusiti vse skupaj!

Projekt smo poskušali narediti še korak dlje, tako da smo baterije (6x 1,5V) zamenjali s prenosno baterijo, in sicer:

• izgradnja polnilne postaje (brezžični polnilnik pritrjen v lasersko rezani polnilni postaji (glej fotografije));
• dodajanje sprejemnika (sprejemnik Qi) na prenosno baterijo (glej fotografije);
• pisanje funkcije na Arduinu, ki prosi robota, naj sledi liniji na tleh v nasprotni smeri, da pride do polnilne postaje in napolni baterijo, tako da je celoten robot avtonomno pripravljen za naslednjo igro.

Ker smo tik pred iztekom roka projekta naleteli na težave pri zamenjavi baterij s prenosno baterijo (opomnik: ta projekt so nadzirali naši profesorji ULB/VUB, zato smo imeli rok za spoštovanje), zaključenega nismo mogli preizkusiti robot. Kljub temu lahko tukaj najdete videoposnetek robota, ki se napaja iz računalnika (povezava USB) in ga upravlja daljinski upravljalnik.

Kljub temu nam je uspelo doseči vse dodane vrednosti, na katere smo ciljali:- Robustnost- Okrogla oblika- Vklopljena uganka- Stikalo za upravljanje (daljinsko-> avtonomno) Če je ta projekt obdržal vašo pozornost in vašo radovednost, smo zato zelo radoveden, da vidite, kaj ste storili, ali ste naredili nekaj korakov drugače kot mi, in ali vam je uspelo v procesu avtonomnega polnjenja!

Ne oklevajte in nam povejte, kaj menite o tem projektu!