Robot d'escapament: cotxe RC per a un joc d'escapament: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

L’objectiu principal d’aquest projecte era construir un robot que es diferenciés dels robots ja existents i que es pogués utilitzar en una àrea real i innovadora.

Basant-se en l'experiència personal, es va decidir construir un robot en forma de cotxe que s'implementaria en un joc d'escapament. Gràcies als diferents components, els jugadors podien encendre el cotxe resolent una endevinalla del controlador, controlar la trajectòria del cotxe i obtenir una clau en el camí per poder escapar de l’habitació.

Com que aquest projecte formava part d’un curs de Mecatrònica impartit a la Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) i a Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Bèlgica, es van presentar alguns requisits al principi, com ara:

• Utilitzar i combinar camps de mecànica, electrònica i programació
• Un pressupost de 200 €
• Tenir un robot acabat i funcionant que aporta alguna cosa nova

I com que s'utilitzarà en sessions de jocs d'escapament de la vida real, de vegades diverses sessions seguides, calien uns quants requisits més:

• Autonomia: trobar una manera de fer que el robot sigui semiautònom per respectar les restriccions del joc
• Fàcil d'utilitzar: fàcil d'utilitzar, presència d'una pantalla amb retroalimentació de la càmera
• Robustesa: materials forts capaços d’absorbir els cops
• Seguretat: els jugadors no estan en contacte directe amb el robot

Pas 1: concepte principal i motivació

Tal com s’explica a la introducció, el concepte principal d’aquest projecte és crear i construir un robot semiautònom, primer controlat pels jugadors del joc d’escapament, capaç de recuperar el control dels jugadors.

El principi és el següent: Imagineu-vos que estigueu tancat a una habitació amb un grup d’amics. L’única possibilitat de sortir de l’habitació és trobar una clau. La clau està amagada en un laberint situat sota els peus, en un pis intermedi fosc. Per obtenir aquesta clau, teniu al vostre abast tres coses: un comandament a distància, un mapa i una pantalla. El comandament a distància us permet controlar un cotxe que ja es troba al pis intermedi, resolent una endevinalla imaginada als botons de control existents del comandament. Un cop hàgiu resolt aquest enigma, el cotxe s’encén (cfr. Pas 5: Codificació: funció principal anomenada 'bucle ()') i podeu començar a guiar el cotxe pel laberint amb l'ajuda del mapa indicat. La pantalla permet visualitzar en directe el que veu el cotxe gràcies a una càmera fixada davant del robot i, per tant, ajudar-vos a veure les trajectòries i, sobretot, la clau. Un cop heu aconseguit la clau gràcies a un imant a la part inferior del robot, i un cop heu arribat al final del laberint, sou capaços d’agafar la clau i escapar-vos de l’habitació on estaven tancats.

Per tant, els components principals del robot són:

1. Endevinalla que s'ha de resoldre en el control remot
2. Control del robot pels jugadors amb control remot
3. Pantalla de control basada en el vídeo filmat en directe per la càmera

Com que en aquests jocs la principal restricció és el temps (a la majoria de jocs d’escapament teniu entre 30 minuts i 1 hora per sortir amb èxit), s’uneix i connecta un sensor a la base del robot, de manera que si, com a jugadors, excediu un temps determinat (en el nostre cas 30 minuts), el robot torna a controlar i acaba el parcours per si mateix, de manera que tingueu l'oportunitat d'obtenir la clau de l'habitació abans que s'activi el temporitzador del joc (en el nostre cas 1 hores)

A més, com que el cotxe es troba en una habitació completament fosca, els LED es fixen no gaire lluny del sensor per ajudar-lo a llegir el senyal des de terra.

El desig d’aquest projecte grupal era basar-nos en allò que ja existeix al mercat, modificar-lo afegint un valor personal i poder-lo utilitzar en algun camp interactiu i divertit. De fet, després d’haver estat en contacte amb un exit room Escape de Brussel·les, Bèlgica, vam descobrir que els jocs d’escapament no només són cada vegada més famosos, sinó que sovint els falta interactivitat i que els clients es queixen de no ser-ne prou "part de " el joc.

Per tant, vam intentar tenir una idea d’un robot que complís els requisits donats mentre convidàvem els jugadors a formar part realment del joc.

Aquí teniu un resum del que passa al robot:

- La part no autònoma: un control remot està vinculat a Arduino mitjançant un receptor. Els jugadors controlen el comandament a distància i, per tant, controlen l’Arduino que controla els motors. L’Arduino s’encén abans que comenci el joc, però entra en la funció principal quan els jugadors resolen una endevinalla del control remot. Una càmera sense fils IR ja està engegada (s'encén al mateix temps que la "sencera" (controlada per l'Arduino) quan l'encès / apagat està activat). Els jugadors guien el cotxe amb el comandament a distància: controlen la velocitat i la direcció (cfr. Pas 5: diagrama de flux). Quan el temporitzador que s'inicia quan s'introdueix la funció principal és igual a 30 minuts, el control del controlador es desactiva.

- La part autònoma: el control és gestionat per Arduino. Al cap de 30 minuts, el sensor de seguiment de línia IR comença a seguir una línia a terra per acabar el recorregut.

Pas 2: Material i eines

MATERIAL

Peces electròniques

• Microcontrolador:

  • Arduino UNO
  • Escut del motor Arduino - Reichelt - 22,52 €

• Sensors:

  Seguidor de línia IR - Mc Hobby - 16,54 €

• Bateries:

  Bateria de 6x 1,5V

• Altres:

  • Protoboard
  • Càmera sense fils (receptor) - Banggood - 21,63 €
  • Comandament a distància (transmissor + receptor) - Amazon - 36,99 €
  • Moll de càrrega (receptor Qi) - Reichelt - 22,33 € (no s'utilitza - cfr. Pas 7: Conclusió)
  • LED - Amazon - 23,60 €

Peça mecànica

• Kit de xassís de cotxes de bricolatge - Amazon - 14,99 €

  • Usat:

    • 1x interruptor
    • 1x roda de rodes
    • 2x rodes
    • 2x motor de corrent continu
    • 1x suport de bateria

  • No utilitzat:

    • 1 xassís de cotxe
    • Cargol 4x M3 * 30
    • 4x espaiador L12
    • 4x fixacions
    • 8x cargol M3 * 6
    • Femella M3
• Imant - Amazon - 9,99 €

• Cargols, femelles, cargols

  • M2 * 20
  • M3 * 12
  • M4 * 40
  • M12 * 30
  • tots els fruits secs respectius

• Peces impreses en 3D:

  • Molles 5x
  • 2x fixació del motor
  • 1x fixació de seguiment de línies en forma de L.

• Peces tallades amb làser:

  • 2x placa plana rodona
  • 5x pla pla petit rectangle

EINA

• Màquines:

  • Impressora 3D
  • Tallador làser
• Tornavisos
• Perforadora manual
• Lima
• Soldadura electrònica

Pas 3: tall (làser) i impressió (3D)

Utilitzem tècniques de tall per làser i impressió 3D per obtenir alguns dels nostres components. Podeu trobar tots els fitxers CAD al fitxer.step següent

Tallador làser

Les dues peces principals de fixació del robot van ser tallades amb làser: (Material = cartró MDF de 4 mm)

- 2 discs plans rodons per fer la base (o xassís) del robot

- Diversos forats als dos discs per acomodar components mecànics i electrònics

- 5 plaques rectangulars per fixar els molls entre les dues plaques del xassís

Impressora 3D (Ultimakers i Prusa)

Es van imprimir diferents elements del robot en 3D, per tal de donar-los resistència i flexibilitat alhora: (Material = PLA) - 5 molles: tingueu en compte que les molles s’imprimeixen com a blocs, de manera que cal arxivar-les per donar ells les seves formes de "primavera"!

- 2 parts buides rectangulars per fixar els motors

Peça en forma de L per acomodar el rastrejador de línia

Pas 4: Muntatge de l'electrònica

Com es pot veure als esbossos electrònics, l’Arduino és com era d’esperar la peça central de la part electrònica.

Connexion Arduino - Rastrejador de línia: (cfr. Esbós de seguidor corresponent)

Connexion Arduino - Motors: (cfr. Esbós general corresponent - esquerra)

Connexion Arduino - Receptor de control remot: (cfr. Esbós general corresponent)

Connexion Arduino - LED: (cfr. Esbós general corresponent - esquerra)

S’utilitza un protobordo per augmentar el nombre de ports 5V i GND i facilitar totes les connexions.

Aquest pas no és el més senzill, ja que ha de complir els requisits ressaltats anteriorment (autonomia, fàcil d'utilitzar, robustesa, seguretat) i, ja que el circuit elèctric necessita una atenció i precaució particulars.

Pas 5: Codificació

La part de codificació es refereix a Arduino, motors, control remot, rastrejador de línia i LED.

Podeu trobar al codi:

1. Declaració de variables:

• Declaració del pin utilitzat per RC Receiver
• Declaració del pin utilitzat per DC Motors
• Declaració de pin que fan servir els LED
• Declaració de variables utilitzades per la funció "Endevinalla"
• Declaració del pin utilitzat pels sensors IR
• Declaració de variables utilitzades per IR Deck

2. Funció d'inicialització: inicialitzeu els diferents pins i LED

Funció 'setup ()'

3. Funció per als motors:

• Funció 'turn_left ()'
• Funció 'turn_right ()'
• Funció 'CaliRobot ()'

4. Rastrejador de línies de funcions: utilitza l'anterior funció 'CaliRobot ()' durant el comportament semi-autònom del robot

Funció "Seguidor ()"

5. Funció del comandament a distància (endevinalla): conté la solució adequada a l'enigma presentada als jugadors

Funció 'Endevinalla ()'

6. Funció de bucle principal: permet als jugadors controlar el cotxe un cop han trobat la solució a l'enigma, inicia un temporitzador i canvia l'entrada de digital (control remot) a digital (autònom) un cop el temporitzador supera els 30 minuts

Funció 'loop ()'

El procés principal del codi s’explica al diagrama de flux aquí anterior, amb les funcions principals ressaltades.

També podeu trobar tot el codi d’aquest projecte al fitxer.ino adjunt, que s’ha escrit amb la interfície de desenvolupament Arduino IDE.

Pas 6: Muntatge

Un cop tinguem tots els components tallats amb làser, impresos en 3D i llestos, ja podrem muntar-ho tot.

En primer lloc, fixem les molles impreses en 3D a les seves plaques rectangulars tallades amb làser amb cargols de diàmetre igual al diàmetre dels forats a l'interior de les molles.

Un cop fixades les 5 molles a les seves petites plaques, podem fixar aquestes darreres a la placa inferior del xassís amb cargols més petits.

En segon lloc, podem fixar els motors a les fixacions del motor imprès en 3D, sota la placa inferior del xassís amb petits cargols.

Un cop solucionades, podem arribar a fixar les 2 rodes dels motors a l'interior dels forats de la placa inferior del xassís.

En tercer lloc, podem fixar la roda de rodes, també sota la placa inferior del xassís, amb petits cargols de manera que la placa inferior del xassís sigui horitzontal.

Ara podem arreglar la resta de components

• Placa de xassís inferior:

  • Baix:

    • Seguiment de línies
    • LED

  • Més de:

    • Receptor de control remot
    • Escut Arduino i Motor
    • LED

• Placa de xassís superior:

  • Baix:

    Càmera

  • Més de:

    • Bateries
    • Interruptor d'encès / apagat

Finalment, podem muntar les dues plaques del xassís juntes.

Nota: aneu amb compte en muntar tots els components junts. En el nostre cas, una de les plaques petites de les molles es va danyar en muntar les dues plaques del xassís, perquè era massa prima. Vam començar de nou amb una amplada més gran. Assegureu-vos d’utilitzar materials resistents quan utilitzeu el tall per làser (així com la impressora 3D) i verifiqueu les dimensions perquè les vostres peces no siguin massa primes ni massa fràgils.

Pas 7: Conclusió

Un cop muntats tots els components (assegureu-vos que tots els components estiguin ben fixats i que no corre el risc de caure), el receptor de la càmera connectat a una pantalla (és a dir, la pantalla del televisor) i les bateries (6x 1,5V) porta bateries, ja esteu a punt per provar-ho tot.

Hem intentat fer el projecte un pas més enllà substituint les bateries (6x 1,5V) per una bateria portàtil per:

• construir un moll de càrrega (carregador sense fils fixat en una estació de càrrega tallada amb làser (veure fotos));
• afegir un receptor (receptor Qi) a la bateria portàtil (veure fotos);
• escrivint una funció a l’Arduino demanant al robot que segueixi la línia del terra en la direcció oposada per arribar al moll de càrrega i recarregar la bateria de manera que tot el robot estigui preparat de forma autònoma per a la següent sessió de joc.

Com que vam trobar problemes per substituir les bateries per una bateria portàtil just abans de la data límit del projecte (recordatori: aquest projecte va ser supervisat pels nostres professors d'ULB / VUB, per tant, teníem un termini per respectar), no vam poder provar la finalització robot. No obstant això, aquí podeu trobar un vídeo del robot alimentat des de l'ordinador (connexió USB) i controlat pel control remot.

Tot i així, hem pogut assolir tots els valors afegits als quals ens dirigíem: - Robustesa- Forma rodona- Endevinalla activada- Commutador de control (remot -> autònom) Si aquest projecte ha mantingut la seva atenció i la seva curiositat, per tant, estem molt curiós de veure què heu fet, veure si heu fet alguns passos diferents dels que hem fet i veure si heu aconseguit el procés de recàrrega autònoma.

No dubtis en explicar-nos què en penses d’aquest projecte!