Escape Robot: RC Car for an Escape Game: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Mục đích chính của dự án này là chế tạo một robot có thể khác biệt với các robot hiện có và có thể được sử dụng trong một lĩnh vực thực sự và sáng tạo.

Dựa trên kinh nghiệm cá nhân, người ta quyết định chế tạo một robot hình ô tô sẽ được thực hiện trong Trò chơi thoát hiểm. Nhờ các thành phần khác nhau, người chơi có thể bật xe bằng cách giải một câu đố trên bộ điều khiển, điều khiển quỹ đạo của xe và lấy chìa khóa trên đường để thoát khỏi căn phòng.

Vì dự án này là một phần của khóa học Cơ điện tử tại Đại học Libre de Bruxelles (U. L. B.) và Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Bỉ, một số yêu cầu đã được trình bày ngay từ đầu, chẳng hạn như:

• Sử dụng và kết hợp các lĩnh vực cơ khí, điện tử và lập trình
• Ngân sách 200 €
• Có một robot đã hoàn thiện và đang hoạt động mang lại điều gì đó mới mẻ

Và vì nó sẽ được sử dụng trong các phiên trò chơi thoát ngoài đời thực, đôi khi nhiều phiên liên tiếp, cần phải đáp ứng một số yêu cầu nữa:

• Tự chủ: tìm cách làm cho robot bán tự chủ để tôn trọng các ràng buộc của trò chơi
• Thân thiện với người dùng: dễ sử dụng, có màn hình với phản hồi của máy ảnh
• Độ bền: vật liệu chắc chắn có khả năng hấp thụ các cú sốc
• An toàn: người chơi không tiếp xúc trực tiếp với robot

Bước 1: Khái niệm & Động lực chính

Như đã giải thích trong phần giới thiệu, ý tưởng chính của dự án này là tạo ra và xây dựng một robot bán tự động, đầu tiên được điều khiển bởi người chơi của trò chơi thoát hiểm, sau đó có khả năng giành lại quyền điều khiển từ người chơi.

Nguyên tắc như sau: Hãy tưởng tượng bạn đang bị nhốt trong phòng với một nhóm bạn. Khả năng duy nhất để ra khỏi phòng là tìm chìa khóa. Chìa khóa được giấu trong một mê cung nằm dưới chân bạn, trong một tầng trung gian tối tăm. Để có được chìa khóa đó, bạn có ba thứ: bộ điều khiển từ xa, bản đồ và màn hình. Bộ điều khiển từ xa cho phép bạn điều khiển một chiếc xe đã ở tầng trung gian, bằng cách giải một câu đố tưởng tượng trên các nút điều khiển hiện có của điều khiển từ xa. Khi bạn đã giải được câu đố đó, chiếc xe sẽ được bật (xem bước 5: Mã hóa - chức năng chính có tên 'loop ()') và bạn có thể bắt đầu hướng dẫn chiếc xe qua mê cung với sự trợ giúp của bản đồ đã cho. Màn hình ở đó để hiển thị trực tiếp những gì chiếc xe nhìn thấy, nhờ một camera được gắn cố định ở phía trước của robot, do đó giúp bạn nhìn thấy quỹ đạo và quan trọng hơn là chìa khóa. Khi bạn đã có chìa khóa nhờ một nam châm ở dưới cùng của robot, và khi bạn đã đến cuối mê cung, bạn có thể lấy chìa khóa và thoát khỏi căn phòng mà bạn đã bị nhốt.

Do đó, các thành phần chính của robot là:

1. Câu đố được giải trên bộ điều khiển từ xa
2. Người chơi điều khiển robot bằng bộ điều khiển từ xa
3. Điều khiển hiển thị dựa trên video được camera quay trực tiếp

Bởi vì trong các trò chơi như vậy, hạn chế chính là thời gian (trong hầu hết các trò chơi trốn thoát, bạn có từ 30 phút đến 1 giờ để thoát ra ngoài thành công), một cảm biến được gắn và kết nối ở chân của rô bốt để nếu bạn, với tư cách là người chơi, vượt quá trong một khoảng thời gian nhất định (trong trường hợp của chúng tôi là 30 phút), rô bốt sẽ lấy lại quyền điều khiển và tự kết thúc các cặp parcours, để bạn có cơ hội lấy được chìa khóa của căn phòng trước khi bộ đếm thời gian của trò chơi kết thúc (trong trường hợp của chúng tôi là 1 giờ)

Ngoài ra, vì xe ở trong phòng tối hoàn toàn, đèn LED được gắn cố định không xa cảm biến để giúp nó đọc tín hiệu từ mặt đất.

Mong muốn đằng sau dự án nhóm này là dựa trên những gì đã tồn tại trên thị trường, sửa đổi nó bằng cách thêm giá trị cá nhân và có thể sử dụng nó trong một số lĩnh vực thú vị và tương tác. Trên thực tế, sau khi tiếp xúc với một Escape Room thành công ở Brussels, Bỉ, chúng tôi phát hiện ra rằng trò chơi thoát hiểm không chỉ ngày càng nổi tiếng mà còn thiếu tính tương tác và khách hàng phàn nàn là không đủ "một phần của " tro choi.

Do đó, chúng tôi đã cố gắng đưa ra ý tưởng về một robot có thể đáp ứng các yêu cầu đưa ra đồng thời mời người chơi thực sự tham gia vào trò chơi.

Dưới đây là tóm tắt những gì xảy ra trong robot:

- Phần không tự trị: một bộ điều khiển từ xa được liên kết với Arduino thông qua bộ thu. Người chơi điều khiển điều khiển từ xa và do đó điều khiển Arduino điều khiển động cơ. Arduino được bật trước khi trò chơi bắt đầu, nhưng nó sẽ đi vào chức năng chính khi người chơi giải một câu đố trên bộ điều khiển từ xa. Camera không dây IR đã được bật (bật cùng lúc với "toàn bộ" (được điều khiển bởi Arduino) khi bật / tắt công tắc). Người chơi hướng dẫn xe bằng bộ điều khiển từ xa: họ điều khiển tốc độ và hướng (xem bước 5: lưu đồ). Khi bộ hẹn giờ bắt đầu khi vào chức năng chính bằng 30 phút, điều khiển từ bộ điều khiển sẽ bị vô hiệu hóa.

- Phần tự trị: điều khiển sau đó được quản lý bởi Arduino. Sau 30 phút, cảm biến theo dõi đường hồng ngoại bắt đầu đi theo một đường trên mặt đất để kết thúc quá trình parcours.

Bước 2: Vật liệu & Công cụ

VẬT LIỆU

Phần điện tử

• Bộ vi điều khiển:

  • Arduino UNO
  • Tấm chắn động cơ Arduino - Reichelt - 22,52 €

• Cảm biến:

  IR line tracker - Mc Hobby - 16,54 €

• Pin:

  6x 1,5V pin

• Khác:

  • Protoboard
  • Camera không dây (bộ thu) - Banggood - 21,63 €
  • Bộ điều khiển từ xa (bộ phát + bộ thu) - Amazon - 36,99 €
  • Đế sạc (bộ thu Qi) - Reichelt - 22,33 € (không sử dụng - cfr. Bước 7: Kết luận)
  • Đèn LED - Amazon - 23,60 €

Bộ phận cơ khí

• Bộ khung xe ô tô tự làm - Amazon - 14,99 €

  • Đã sử dụng:

    • 1x công tắc
    • 1x bánh xe
    • Bánh xe 2x
    • 2x động cơ DC
    • 1x giá đỡ pin

  • Không được sử dụng:

    • 1x khung xe
    • Vít 4x M3 * 30
    • Bộ đệm 4x L12
    • 4x dây buộc
    • 8x M3 * 6 vít
    • Đai ốc M3
• Magnet - Amazon - 9,99 €

• Bu lông, đai ốc, vít

  • M2 * 20
  • M3 * 12
  • M4 * 40
  • M12 * 30
  • tất cả các loại hạt tương ứng

• Các miếng in 3D:

  • Lò xo 5x
  • 2x cố định động cơ
  • 1x cố định trình theo dõi đường hình chữ L

• Các miếng cắt bằng laser:

  • Tấm phẳng 2x tròn
  • Tấm phẳng nhỏ 5x hình chữ nhật

DỤNG CỤ

• Máy móc:

  • máy in 3D
  • Máy cắt laser
• Tua vít
• Máy khoan tay
• Chanh xanh
• Hàn điện tử

Bước 3: Cắt (Laser) & In (3D)

Chúng tôi đã sử dụng cả kỹ thuật cắt laser và in 3D để có được một số thành phần của chúng tôi. Bạn có thể tìm thấy tất cả các tệp CAD trong tệp. Bước bên dưới

Máy cắt laser

Hai phần cố định chính của robot được cắt bằng laser: (Chất liệu = bìa cứng MDF 4mm)

- 2 đĩa phẳng tròn để làm cơ sở (hoặc khung) của robot

- Một số lỗ trên hai đĩa để chứa các thành phần cơ khí và điện tử

- 5 tấm nhỏ hình chữ nhật để cố định lò xo giữa hai tấm khung xe

Máy in 3D (Ultimakers & Prusa)

Các phần tử khác nhau của robot được in 3D, để đồng thời cung cấp cho chúng khả năng chống chịu và tính linh hoạt: (Vật liệu = PLA) - 5 lò xo: lưu ý rằng các lò xo được in dưới dạng khối, vì vậy cần phải dũa chúng để tạo chúng hình dạng 'mùa xuân' của chúng!

- 2 phần rỗng hình chữ nhật để cố định động cơ

- Mảnh hình chữ L để chứa bộ theo dõi đường thẳng

Bước 4: Lắp ráp thiết bị điện tử

Như bạn có thể thấy trên các bản phác thảo điện tử, Arduino đúng như mong đợi là phần trung tâm của phần điện tử.

Connexion Arduino - Trình theo dõi dòng: (xem bản phác thảo người theo dõi tương ứng)

Connexion Arduino - Động cơ: (xem bản phác thảo chung tương ứng - bên trái)

Connexion Arduino - Bộ thu điều khiển từ xa: (xem bản phác thảo chung tương ứng - lên)

Connexion Arduino - Đèn LED: (xem bản phác thảo chung tương ứng - bên trái)

Một protoboard được sử dụng để tăng số lượng cổng 5V và GND và tạo điều kiện thuận lợi cho tất cả các kết nối.

Bước này không phải là bước dễ nhất, vì nó cần phải đáp ứng các yêu cầu được nêu ở trên (tự chủ, thân thiện với người dùng, mạnh mẽ, an toàn) và vì mạch điện cần được chú ý và đề phòng đặc biệt.

Bước 5: Mã hóa

Phần mã hóa liên quan đến Arduino, động cơ, bộ điều khiển từ xa, bộ theo dõi dòng và đèn LED.

Bạn có thể tìm thấy trên mã:

1. Khai báo các biến:

• Khai báo về Pin được sử dụng bởi RC Receiver
• Khai báo về Pin được sử dụng bởi DC Motors
• Khai báo về Pin được sử dụng bởi đèn LED
• Khai báo các biến được sử dụng bởi hàm 'Riddle'
• Khai báo về Pin được sử dụng bởi IR Sensors
• Khai báo các biến được sử dụng bởi IR Deck

2. Chức năng khởi tạo: khởi tạo các chân và đèn LED khác nhau

Hàm 'setup ()'

3. Chức năng cho động cơ:

• Hàm 'turn_left ()'
• Hàm 'turn_right ()'
• Hàm 'CaliRobot ()'

4. Trình theo dõi dòng chức năng: sử dụng chức năng 'CaliRobot ()' trước đó trong hành vi bán tự trị của rô bốt

Hàm 'Người theo dõi ()'

5. Chức năng cho bộ điều khiển từ xa (câu đố): chứa giải pháp phù hợp cho câu đố được trình bày cho người chơi

Hàm 'Riddle ()'

6. Chức năng vòng lặp chính: cho phép người chơi điều khiển xe khi họ đã tìm ra lời giải cho câu đố, bắt đầu hẹn giờ và chuyển đầu vào từ kỹ thuật số (điều khiển từ xa) sang kỹ thuật số (tự động) sau khi bộ đếm thời gian vượt quá 30 phút

Hàm 'loop ()'

Quy trình chính của mã được giải thích trong sơ đồ ở đây ở trên, với các chức năng chính được đánh dấu.

Bạn cũng có thể tìm thấy toàn bộ mã cho dự án này trong tệp.ino đính kèm, được viết bằng giao diện phát triển Arduino IDE.

Bước 6: Lắp ráp

Một khi chúng tôi có tất cả các thành phần được cắt laser, in 3D và sẵn sàng: chúng tôi có thể lắp ráp toàn bộ!

Đầu tiên, chúng tôi cố định các lò xo in 3D trên các tấm hình chữ nhật được cắt bằng laser của chúng bằng các bu lông có đường kính bằng đường kính của các lỗ bên trong lò xo.

Khi 5 lò xo được cố định trên các tấm nhỏ của chúng, chúng ta có thể cố định lò xo sau trên tấm khung dưới bằng các bu lông nhỏ hơn.

Thứ hai, chúng tôi có thể cố định động cơ vào các cố định động cơ in 3D, dưới tấm khung dưới bằng các bu lông nhỏ.

Khi chúng đã được cố định, chúng tôi có thể đến sửa 2 bánh xe trên động cơ bên trong các lỗ của tấm khung dưới.

Thứ ba, chúng tôi có thể cố định bánh xe, cũng dưới tấm khung dưới, bằng các bu lông nhỏ sao cho tấm khung dưới nằm ngang

Bây giờ chúng tôi có thể sửa chữa tất cả các thành phần khác

• Tấm khung dưới:

  • Phía dưới:

    • Trình theo dõi dòng
    • DẪN ĐẾN

  • Kết thúc:

    • Bộ thu điều khiển từ xa
    • Lá chắn Arduino & Motor
    • DẪN ĐẾN

• Tấm khung trên:

  • Phía dưới:

    Máy ảnh

  • Kết thúc:

    • Ắc quy
    • BẬT / TẮT chuyển đổi

Cuối cùng, chúng ta có thể lắp ráp hai tấm khung lại với nhau.

Lưu ý: Hãy cẩn thận khi lắp ráp tất cả các thành phần với nhau! Trong trường hợp của chúng tôi, một trong những tấm nhỏ của lò xo đã bị hỏng khi lắp ráp hai tấm khung do nó quá mỏng. Chúng tôi đã bắt đầu lại với chiều rộng lớn hơn. Hãy đảm bảo sử dụng vật liệu chắc chắn khi sử dụng máy cắt laser (cũng như máy in 3D) và xác minh kích thước để các mảnh của bạn không quá mỏng hoặc quá dễ vỡ.

Bước 7: Kết luận

Sau khi tất cả các thành phần được lắp ráp (đảm bảo tất cả các thành phần được cố định tốt và không có nguy cơ rơi ra), đầu thu của máy ảnh được kết nối với màn hình (tức là màn hình TV) và pin (6x 1,5V) được lắp vào chủ pin, bạn đã sẵn sàng để kiểm tra toàn bộ!

Chúng tôi đã cố gắng thực hiện dự án thêm một bước nữa bằng cách thay thế pin (6x 1.5V) bằng pin di động, bằng cách:

• thi công đế sạc (sạc không dây cố định trong trạm sạc cắt laser (xem ảnh));
• thêm một bộ thu (bộ thu Qi) trên pin di động (xem ảnh);
• viết một hàm trên Arduino yêu cầu robot đi theo dòng trên mặt đất theo hướng ngược lại để đến đế sạc và sạc lại pin để toàn bộ robot tự động sẵn sàng cho phiên trò chơi tiếp theo.

Vì chúng tôi gặp sự cố trong việc thay thế pin bằng pin di động ngay trước thời hạn của dự án (xin nhắc lại: dự án này được giám sát bởi các giáo sư của ULB / VUB của chúng tôi, do đó chúng tôi có thời hạn phải tuân theo), chúng tôi không thể kiểm tra bản hoàn thiện. người máy. Tuy nhiên, bạn có thể tìm thấy ở đây một đoạn video về robot được cấp nguồn từ máy tính (kết nối USB) và được điều khiển bằng bộ điều khiển từ xa.

Tuy nhiên, chúng tôi đã có thể đạt được tất cả các giá trị gia tăng mà chúng tôi đang nhắm mục tiêu: - Độ chắc chắn- Hình dạng tròn- Câu đố bật lên- Công tắc điều khiển (từ xa -> tự động) Nếu dự án này thu hút được sự chú ý của bạn và sự tò mò của bạn, do đó chúng tôi rất tò mò muốn biết những gì bạn đã làm, xem liệu bạn có thực hiện một số bước khác với chúng tôi đã làm hay không và xem liệu bạn có thành công trong quy trình tính phí tự động hay không!

Đừng ngần ngại cho chúng tôi biết suy nghĩ của bạn về dự án này!