Escape Robot: RC Car for an Escape Game: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ο κύριος σκοπός αυτού του έργου ήταν η κατασκευή ενός ρομπότ που θα διαφοροποιήθηκε από τα ήδη υπάρχοντα ρομπότ και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε μια πραγματική και καινοτόμο περιοχή.

Με βάση την προσωπική εμπειρία, αποφασίστηκε η κατασκευή ενός ρομπότ σε σχήμα αυτοκινήτου που θα υλοποιούνταν σε ένα Escape Game. Χάρη στα διαφορετικά εξαρτήματα, οι παίκτες μπορούσαν να ενεργοποιήσουν το αυτοκίνητο λύνοντας έναν γρίφο στο χειριστήριο, να ελέγξουν την τροχιά του αυτοκινήτου και να πάρουν ένα κλειδί στο δρόμο για να ξεφύγουν από το δωμάτιο.

Καθώς αυτό το έργο ήταν μέρος ενός μαθήματος Μηχατρονικής που δόθηκε στο Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) και στο Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Βέλγιο, στην αρχή παρουσιάστηκαν μερικές απαιτήσεις, όπως:

• Χρήση και συνδυασμός τομέων μηχανικής, ηλεκτρονικών και προγραμματισμού
• Προϋπολογισμός 200 €
• Έχοντας ένα τελειωμένο και λειτουργικό ρομπότ που φέρνει κάτι νέο

Και καθώς επρόκειτο να χρησιμοποιηθεί σε πραγματικές περιόδους παιχνιδιών διαφυγής, μερικές φορές πολλές συνεδρίες στη σειρά, χρειάζονταν μερικές ακόμη απαιτήσεις για να εκπληρωθούν:

• Αυτονομία: εύρεση τρόπου για να κάνετε το ρομπότ ημιαυτόνομο να σέβεται τους περιορισμούς του παιχνιδιού
• Φιλικό προς το χρήστη: εύκολο στη χρήση, παρουσία οθόνης με ανατροφοδότηση της κάμερας
• Στιβαρότητα: ισχυρά υλικά ικανά να απορροφήσουν τους κραδασμούς
• Ασφάλεια: οι παίκτες δεν είναι σε άμεση επαφή με το ρομπότ

Βήμα 1: Κύρια έννοια & κίνητρο

Όπως εξηγείται στην εισαγωγή, η κύρια ιδέα αυτού του έργου είναι να δημιουργήσει και να κατασκευάσει ένα ημιαυτόνομο ρομπότ, το οποίο θα ελέγχεται πρώτα από τους παίκτες του παιχνιδιού διαφυγής, και στη συνέχεια θα μπορεί να πάρει τον έλεγχο πίσω από τους παίκτες.

Η αρχή είναι η εξής: Φανταστείτε ότι είστε κλεισμένοι σε ένα δωμάτιο με μια ομάδα φίλων. Η μόνη δυνατότητα να βγείτε από το δωμάτιο είναι να βρείτε ένα κλειδί. Το κλειδί είναι κρυμμένο σε έναν λαβύρινθο που βρίσκεται κάτω από τα πόδια σας, σε ένα σκοτεινό ενδιάμεσο πάτωμα. Για να αποκτήσετε αυτό το κλειδί, έχετε στην κατοχή σας τρία πράγματα: ένα τηλεχειριστήριο, έναν χάρτη και μια οθόνη. Το τηλεχειριστήριο σάς επιτρέπει να ελέγχετε ένα αυτοκίνητο που βρίσκεται ήδη στον ενδιάμεσο όροφο, λύνοντας έναν γρίφο που φαντάζεται στα υπάρχοντα κουμπιά ελέγχου του τηλεχειριστηρίου. Μόλις λύσετε αυτόν τον γρίφο, το αυτοκίνητο είναι ενεργοποιημένο (βλ. Βήμα 5: Κωδικοποίηση - κύρια λειτουργία που ονομάζεται «βρόχος ()») και μπορείτε να αρχίσετε να οδηγείτε το αυτοκίνητο μέσω του λαβύρινθου με τη βοήθεια του δεδομένου χάρτη. Η οθόνη είναι εκεί για να εμφανίζει ζωντανά ό, τι βλέπει το αυτοκίνητο, χάρη σε μια κάμερα που έχει τοποθετηθεί μπροστά από το ρομπότ, και επομένως σας βοηθά να δείτε τις τροχιές και το πιο σημαντικό το κλειδί. Μόλις πάρετε το κλειδί χάρη σε έναν μαγνήτη στο κάτω μέρος του ρομπότ και μόλις φτάσετε στο τέλος του λαβύρινθου, είστε σε θέση να πάρετε το κλειδί και να ξεφύγετε από το δωμάτιο που ήσασταν κλειδωμένος.

Τα κύρια συστατικά του ρομπότ είναι επομένως:

1. Το αίνιγμα θα λυθεί στο τηλεχειριστήριο
2. Έλεγχος του ρομπότ από τους παίκτες με τηλεχειριστήριο
3. Έλεγχος οθόνης με βάση βίντεο που έχουν τραβηχτεί ζωντανά από την κάμερα

Επειδή σε τέτοια παιχνίδια ο κύριος περιορισμός είναι ο χρόνος (στα περισσότερα παιχνίδια διαφυγής έχετε μεταξύ 30 λεπτών και 1 ώρας για να βγείτε για να πετύχετε), συνδέεται ένας αισθητήρας και συνδέεται στη βάση του ρομπότ, ώστε εάν εσείς, ως παίκτες, ξεπεράσετε μια δεδομένη ώρα (στην περίπτωσή μας 30 λεπτά), το ρομπότ παίρνει το χειριστήριο πίσω και τελειώνει το παρκάρισμα μόνο του, έτσι ώστε να έχετε την ευκαιρία να πάρετε το κλειδί του δωματίου πριν σβήσει το χρονόμετρο του παιχνιδιού (στην περίπτωσή μας 1 ώρα)

Επίσης, καθώς το αυτοκίνητο βρίσκεται σε ένα εντελώς σκοτεινό δωμάτιο, οι λυχνίες LED είναι στερεωμένες όχι μακριά από τον αισθητήρα για να το βοηθήσουν να διαβάσει το σήμα από το έδαφος.

Η επιθυμία πίσω από αυτό το ομαδικό έργο ήταν να βασιστούμε σε αυτό που υπάρχει ήδη στην αγορά, να το τροποποιήσουμε προσθέτοντας μια προσωπική αξία και να μπορέσουμε να το χρησιμοποιήσουμε σε κάποιο διασκεδαστικό και διαδραστικό τομέα. Στην πραγματικότητα, μετά από επαφή με ένα επιτυχημένο Escape Room στις Βρυξέλλες, το Βέλγιο, ανακαλύψαμε ότι τα παιχνίδια διαφυγής δεν είναι μόνο όλο και πιο διάσημα, αλλά ότι συχνά στερούνται διαδραστικότητας και ότι οι πελάτες παραπονιούνται ότι δεν είναι αρκετά "μέρος του " το παιχνίδι.

Συνεπώς, προσπαθήσαμε να δημιουργήσουμε μια ιδέα για ένα ρομπότ που θα πληροί τις συγκεκριμένες απαιτήσεις, ενώ προσκαλούμε τους παίκτες να είναι πραγματικά μέρος του παιχνιδιού.

Ακολουθεί μια περίληψη του τι συμβαίνει στο ρομπότ:

- Το μη αυτόνομο μέρος: ένα τηλεχειριστήριο συνδέεται με το Arduino μέσω ενός δέκτη. Οι παίκτες ελέγχουν το τηλεχειριστήριο και επομένως ελέγχουν το Arduino που ελέγχει τους κινητήρες. Το Arduino ενεργοποιείται πριν ξεκινήσει το παιχνίδι, αλλά μπαίνει στην κύρια λειτουργία όταν οι παίκτες λύσουν έναν γρίφο στο τηλεχειριστήριο. Μια ασύρματη κάμερα IR είναι ήδη ενεργοποιημένη (ενεργοποιείται ταυτόχρονα με το "ολόκληρο" (ελέγχεται από το Arduino) όταν ενεργοποιείται/απενεργοποιείται η ενεργοποίηση). Οι παίκτες καθοδηγούν το αυτοκίνητο με τηλεχειριστήριο: ελέγχουν την ταχύτητα και την κατεύθυνση (βλ. Βήμα 5: διάγραμμα ροής). Όταν ο χρονοδιακόπτης που ξεκινά όταν εισάγεται η κύρια λειτουργία είναι ίσος με 30 λεπτά, ο έλεγχος από το χειριστήριο απενεργοποιείται.

- Το αυτόνομο μέρος: ο έλεγχος διαχειρίζεται στη συνέχεια το Arduino. Μετά από 30 λεπτά, ο αισθητήρας ανίχνευσης γραμμών IR ξεκινά ακολουθώντας μια γραμμή στο έδαφος για να τελειώσει το parcours.

Βήμα 2: Υλικό & Εργαλεία

ΥΛΙΚΟ

Ηλεκτρονικά μέρη

• Μικροελεγκτής:

  • Arduino UNO
  • Ασπίδα κινητήρα Arduino - Reichelt - 22,52 €

• Αισθητήρες:

  IR line tracker - Mc Hobby - 16,54 €

• Μπαταρίες:

  Μπαταρία 6x 1.5V

• Αλλα:

  • Protoboard
  • Ασύρματη κάμερα (δέκτης) - Banggood - 21,63 €
  • Τηλεχειριστήριο (πομπός + δέκτης) - Amazon - 36,99 €
  • Βάση φόρτισης (δέκτης Qi) - Reichelt - 22,33 € (δεν χρησιμοποιείται - βλ. Βήμα 7: Συμπέρασμα)
  • LED - Amazon - 23,60 €

Μηχανικό μέρος

• Σετ σασί αυτοκινήτου DIY - Amazon - 14,99 €

  • Χρησιμοποιείται:

    • Διακόπτης 1x
    • 1x τροχός τροχού
    • 2x τροχοί
    • 2x DC μοτέρ
    • 1x θήκη μπαταρίας

  • Δεν χρησιμοποιείται:

    • 1x σασί αυτοκινήτου
    • 4x βίδα M3*30
    • 4x διαχωριστικό L12
    • 4x συνδετήρες
    • 8x βίδα M3*6
    • Μ3 παξιμάδι
• Magnet - Amazon - 9,99 €

• Βίδες, παξιμάδια, βίδες

  • Μ2*20
  • Μ3*12
  • Μ4*40
  • M12*30
  • όλα τα αντίστοιχα καρύδια

• Τρισδιάστατα τυπωμένα κομμάτια:

  • 5x ελατήρια
  • 2x στερέωση κινητήρα
  • 1x σταθεροποίηση ιχνηλάτη γραμμής σχήματος L

• Τεμάχια κομμένα με λέιζερ:

  • 2x στρογγυλή επίπεδη πλάκα
  • 5x ορθογώνιο μικρό επίπεδο πιάτο

ΕΡΓΑΛΕΙΟ

• Μηχανές:

  • Τρισδιάστατος εκτυπωτής
  • Κόφτης λέιζερ
• Κατσαβίδια
• Τρυπάνι χειρός
• Ασβεστος
• Κολλήσεις ηλεκτρονικών

Βήμα 3: (Λέιζερ) Κοπή & (3D) Εκτύπωση

Χρησιμοποιήσαμε τεχνικές κοπής με λέιζερ και τρισδιάστατη εκτύπωση για να αποκτήσουμε μερικά από τα εξαρτήματά μας. Μπορείτε να βρείτε όλα τα αρχεία CAD στο αρχείο. Βήμα παρακάτω

Κόφτης λέιζερ

Τα δύο κύρια κομμάτια στερέωσης του ρομπότ κόπηκαν με λέιζερ: (Υλικό = MDF χαρτόνι 4mm)

- 2 στρογγυλοί επίπεδες δίσκοι για να φτιάξετε τη βάση (ή το πλαίσιο) του ρομπότ

- Αρκετές οπές στους δύο δίσκους για να χωρέσουν μηχανικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα

- 5 ορθογώνιες μικρές πλάκες για να στερεώσετε τα ελατήρια μεταξύ των δύο πλακών πλαισίου

3D εκτυπωτής (Ultimakers & Prusa)

Διαφορετικά στοιχεία του ρομπότ εκτυπώθηκαν 3D, προκειμένου να τους δοθεί ταυτόχρονα αντίσταση και ευελιξία: (Υλικό = PLA)- 5 ελατήρια: σημειώστε ότι τα ελατήρια εκτυπώνονται ως μπλοκ, οπότε είναι απαραίτητο να τα αρχειοθετήσετε για να δώσετε τους «ανοιξιάτικα» σχήματα!

- 2 ορθογώνια κοίλα μέρη για να στερεώσετε τους κινητήρες

Κομμάτι σε σχήμα L για να φιλοξενήσει τον ιχνηλάτη γραμμής

Βήμα 4: Συναρμολόγηση των ηλεκτρονικών

Όπως μπορείτε να δείτε στα ηλεκτρονικά σκίτσα, το Arduino είναι όπως αναμένεται το κεντρικό κομμάτι του ηλεκτρονικού μέρους.

Connexion Arduino - Γραμμή παρακολούθησης: (βλ. Αντίστοιχο σκίτσο ακόλουθων)

Connexion Arduino - Motors: (βλ. Αντίστοιχο γενικό σκίτσο - αριστερά)

Connexion Arduino - Τηλεχειριστήριο δέκτη: (βλ. Αντίστοιχο γενικό σκίτσο - επάνω)

Connexion Arduino - LED: (βλ. Αντίστοιχο γενικό σκίτσο - αριστερά)

Ένα πρωτόκολλο χρησιμοποιείται για να αυξήσει τον αριθμό των θυρών 5V και GND και να διευκολύνει όλες τις συνδέσεις.

Αυτό το βήμα δεν είναι το πιο εύκολο, καθώς πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις που αναφέρθηκαν παραπάνω (αυτονομία, φιλικό προς το χρήστη, στιβαρότητα, ασφάλεια) και καθώς το ηλεκτρικό κύκλωμα χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή και προφύλαξη.

Βήμα 5: Κωδικοποίηση

Το τμήμα κωδικοποίησης αφορά το Arduino, τους κινητήρες, το τηλεχειριστήριο, το tracker γραμμής και τα LED.

Μπορείτε να βρείτε στον κωδικό:

1. Δήλωση μεταβλητών:

• Δήλωση καρφιτσών που χρησιμοποιείται από τον δέκτη RC
• Δήλωση Pin που χρησιμοποιείται από την DC Motors
• Δήλωση καρφιτσών που χρησιμοποιείται από LED
• Δήλωση μεταβλητών που χρησιμοποιούνται από τη συνάρτηση 'Riddle'
• Δήλωση καρφιτσών που χρησιμοποιείται από αισθητήρες IR
• Δήλωση μεταβλητών που χρησιμοποιούνται από το IR Deck

2. Λειτουργία αρχικοποίησης: προετοιμάστε τις διαφορετικές ακίδες και LED

Λειτουργία 'setup ()'

3. Λειτουργία για κινητήρες:

• Συνάρτηση 'turn_left ()'
• Λειτουργία 'turn_right ()'
• Λειτουργία "CaliRobot ()"

4. Function line tracker: χρησιμοποιεί την προηγούμενη λειτουργία «CaliRobot ()» κατά τη διάρκεια της ημιαυτόνομης συμπεριφοράς του ρομπότ

Λειτουργία "Follower ()"

5. Λειτουργία για τηλεχειριστήριο (γρίφος): περιέχει τη σωστή λύση στο γρίφο που παρουσιάζεται στους παίκτες

Λειτουργία 'Γρίφος ()'

6. Λειτουργία κύριου βρόχου: επιτρέπει στους παίκτες να ελέγχουν το αυτοκίνητο μόλις βρουν τη λύση στο γρίφο, ξεκινούν ένα χρονόμετρο και αλλάζουν την είσοδο από ψηφιακό (τηλεχειριζόμενο) σε ψηφιακό (αυτόνομο) μόλις ο χρονοδιακόπτης ξεπεράσει τα 30 λεπτά

Συνάρτηση 'βρόχος ()'

Η κύρια διαδικασία του κώδικα εξηγείται στο διάγραμμα ροής εδώ παραπάνω, με τις κύριες λειτουργίες να επισημαίνονται.

Μπορείτε επίσης να βρείτε ολόκληρο τον κώδικα για αυτό το έργο στο συνημμένο αρχείο.ino, το οποίο γράφτηκε χρησιμοποιώντας τη διεπαφή ανάπτυξης Arduino IDE.

Βήμα 6: Συναρμολόγηση

Μόλις έχουμε όλα τα εξαρτήματα κομμένα με λέιζερ, τρισδιάστατη εκτύπωση και έτοιμα: μπορούμε να συναρμολογήσουμε το σύνολο!

Κατ 'αρχάς, στερεώνουμε τα ελαστικά με 3D εκτύπωση στις ορθογώνιες πλάκες με λέιζερ με μπουλόνια διαμέτρου ίση με τη διάμετρο των οπών στο εσωτερικό των ελατηρίων.

Μόλις στερεωθούν τα 5 ελατήρια στις μικρές πλάκες τους, μπορούμε να τα στερεώσουμε στην κάτω πλάκα του σασί με μικρότερα μπουλόνια.

Δεύτερον, μπορούμε να στερεώσουμε τους κινητήρες στις τρισδιάστατες εκτυπώσεις του κινητήρα, κάτω από την κάτω πλάκα του πλαισίου με μικρά μπουλόνια.

Μόλις στερεωθούν, μπορούμε να φτιάξουμε τους 2 τροχούς στους κινητήρες μέσα στις οπές της κάτω πλάκας σασί.

Τρίτον, μπορούμε να στερεώσουμε τον τροχό τροχού, επίσης κάτω από την κάτω πλάκα σασί, με μικρά μπουλόνια έτσι ώστε η κάτω πλάκα σασί να είναι οριζόντια

Μπορούμε τώρα να διορθώσουμε όλα τα άλλα εξαρτήματα

• Κάτω πλάκα πλαισίου:

  • Παρακάτω:

    • Παρακολούθηση γραμμών
    • LED

  • Πάνω από:

    • Δέκτης τηλεχειριστηρίου
    • Arduino & Motor shield
    • LED

• Πάνω πλάκα πλαισίου:

  • Παρακάτω:

    ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ

  • Πάνω από:

    • Μπαταρίες
    • Διακόπτης έναρξης / λήξης

Τέλος, μπορούμε να συναρμολογήσουμε τις δύο πλάκες του πλαισίου μαζί.

Σημείωση: Προσέξτε κατά τη συναρμολόγηση όλων των εξαρτημάτων μαζί! Στην περίπτωσή μας, μία από τις μικρές πλάκες για τα ελατήρια υπέστη ζημιά κατά τη συναρμολόγηση των δύο πλακών του πλαισίου, επειδή ήταν πολύ λεπτή. Ξεκινήσαμε ξανά με μεγαλύτερο πλάτος. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε ισχυρά υλικά όταν χρησιμοποιείτε το λέιζερ (καθώς και τον εκτυπωτή 3D) και επαληθεύστε τις διαστάσεις, ώστε τα κομμάτια σας να μην είναι πολύ λεπτά ή πολύ εύθραυστα.

Βήμα 7: Συμπέρασμα

Μόλις συναρμολογηθούν όλα τα εξαρτήματα (βεβαιωθείτε ότι όλα τα εξαρτήματα είναι καλά στερεωμένα και δεν κινδυνεύουν να πέσουν), ο δέκτης της κάμερας που είναι συνδεδεμένος σε μια οθόνη (π.χ. οθόνη τηλεόρασης) και οι μπαταρίες (6x 1.5V) τοποθετούνται στο θήκη μπαταρίας, είστε έτοιμοι να δοκιμάσετε το όλο πράγμα!

Προσπαθήσαμε να πάμε το έργο ένα βήμα παραπέρα αντικαθιστώντας τις μπαταρίες (6x 1,5V) με μια φορητή μπαταρία, από:

• κατασκευή βάσης φόρτισης (ασύρματος φορτιστής στερεωμένος σε σταθμό φόρτισης με λέιζερ (δείτε φωτογραφίες)).
• προσθήκη δέκτη (δέκτης Qi) στη φορητή μπαταρία (δείτε φωτογραφίες).
• γράφοντας μια λειτουργία στο Arduino ζητώντας από το ρομπότ να ακολουθήσει τη γραμμή στο έδαφος προς την αντίθετη κατεύθυνση για να φτάσει στη βάση φόρτισης και να φορτίσει την μπαταρία έτσι ώστε όλο το ρομπότ να είναι αυτόνομα έτοιμο για την επόμενη συνεδρία παιχνιδιού.

Καθώς αντιμετωπίσαμε προβλήματα στην αντικατάσταση των μπαταριών από μια φορητή μπαταρία πριν από την προθεσμία του έργου (υπενθύμιση: αυτό το έργο επιβλέπεται από τους καθηγητές μας του ULB/VUB, επομένως είχαμε μια προθεσμία για να σεβαστούμε), δεν μπορέσαμε να δοκιμάσουμε το οριστικό ρομπότ. Μπορείτε ωστόσο να βρείτε εδώ ένα βίντεο του ρομπότ που τροφοδοτείται από τον υπολογιστή (σύνδεση USB) και ελέγχεται από το τηλεχειριστήριο.

Παρ 'όλα αυτά, καταφέραμε να φτάσουμε σε όλες τις προστιθέμενες τιμές που στοχεύαμε:- Στιβαρότητα- Στρογγυλό σχήμα- Αίνιγμα ενεργοποίησης- Διακόπτης ελέγχου (τηλεχειριστήριο-> αυτόνομο) Εάν αυτό το έργο έχει διατηρήσει την προσοχή σας και την περιέργειά σας, γι' αυτό είμαστε πολύ περίεργος να δείτε τι κάνατε, να δείτε αν κάνατε κάποια από τα βήματα διαφορετικά από εμάς και να δείτε αν πετύχατε στη διαδικασία αυτόνομης φόρτισης!

Μη διστάσετε να μας πείτε τη γνώμη σας για αυτό το έργο!