Fluchtroboter: RC-Auto für ein Fluchtspiel - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Das Hauptziel dieses Projekts war es, einen Roboter zu bauen, der sich von bereits bestehenden Robotern abhebt und in einem realen und innovativen Bereich eingesetzt werden kann.

Aufgrund persönlicher Erfahrungen wurde beschlossen, einen autoförmigen Roboter zu bauen, der in einem Escape Game implementiert werden sollte. Dank der verschiedenen Komponenten konnten die Spieler das Auto einschalten, indem sie ein Rätsel auf dem Controller lösen, die Flugbahn des Autos kontrollieren und unterwegs einen Schlüssel erhalten, um aus dem Raum zu entkommen.

Da dieses Projekt Teil eines Mechatronik-Kurses an der Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) und der Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Belgien war, wurden zu Beginn einige Anforderungen gestellt, wie zum Beispiel:

• Die Bereiche Mechanik, Elektronik und Programmierung nutzen und kombinieren
• Ein Budget von 200€
• Einen fertigen und funktionierenden Roboter zu haben, der etwas Neues bringt

Und da es in echten Escape-Game-Sitzungen verwendet werden sollte, manchmal in mehreren Sitzungen hintereinander, mussten noch einige weitere Anforderungen erfüllt werden:

• Autonomie: einen Weg finden, den Roboter halbautonom zu machen, um die Spielbeschränkungen zu respektieren
• Benutzerfreundlich: einfach zu bedienen, Vorhandensein eines Bildschirms mit Feedback der Kamera
• Robustheit: starke Materialien, die Stöße absorbieren können
• Sicherheit: Spieler haben keinen direkten Kontakt mit dem Roboter

Schritt 1: Hauptkonzept & Motivation

Wie in der Einleitung erläutert, besteht das Hauptkonzept dieses Projekts darin, einen halbautonomen Roboter zu entwickeln und zu bauen, der zuerst von den Spielern des Escape-Spiels gesteuert wird und dann in der Lage ist, den Spielern die Kontrolle zurückzugeben.

Das Prinzip ist folgendes: Stellen Sie sich vor, Sie sind mit einer Gruppe von Freunden in einem Raum eingesperrt. Die einzige Möglichkeit, das Zimmer zu verlassen, besteht darin, einen Schlüssel zu finden. Der Schlüssel ist in einem Labyrinth unter Ihren Füßen versteckt, in einem dunklen Zwischenboden. Um diesen Schlüssel zu erhalten, haben Sie drei Dinge in Ihrem Besitz: eine Fernbedienung, eine Karte und einen Bildschirm. Die Fernbedienung ermöglicht es Ihnen, ein Auto bereits in der Zwischenetage zu steuern, indem Sie ein Rätsel lösen, das sich auf den vorhandenen Bedientasten der Fernbedienung ausgedacht hat. Sobald Sie dieses Rätsel gelöst haben, wird das Auto eingeschaltet (vgl. Schritt 5: Codieren - Hauptfunktion namens 'loop()') und Sie können beginnen, das Auto mit Hilfe der vorgegebenen Karte durch das Labyrinth zu führen. Der Bildschirm ist dazu da, um live anzuzeigen, was das Auto dank einer vor dem Roboter befestigten Kamera sieht, und hilft Ihnen somit, die Flugbahnen und vor allem den Schlüssel zu sehen. Sobald Sie den Schlüssel dank eines Magneten an der Unterseite des Roboters erhalten haben und das Ende des Labyrinths erreicht haben, können Sie den Schlüssel nehmen und aus dem Raum, in dem Sie eingesperrt waren, fliehen.

Die Hauptkomponenten des Roboters sind daher:

1. Rätsel auf Fernbedienung zu lösen
2. Steuerung des Roboters durch die Spieler mit Fernbedienung
3. Kontrollanzeige basierend auf einem von der Kamera live gefilmten Video

Da in solchen Spielen die Hauptbeschränkung die Zeit ist (in den meisten Escape-Spielen haben Sie zwischen 30 Minuten und 1 Stunde Zeit, um erfolgreich zu sein), wird ein Sensor an der Basis des Roboters angebracht und angeschlossen, damit Sie als Spieler die Grenze überschreiten zu einer bestimmten Zeit (in unserem Fall 30 Minuten) übernimmt der Roboter die Kontrolle zurück und beendet den Parcours von selbst, so dass Sie die Chance haben, den Schlüssel des Raumes zu bekommen, bevor der Timer des Spiels abläuft (in unserem Fall 1 Stunde)

Da sich das Auto in einem völlig dunklen Raum befindet, sind LEDs nicht weit vom Sensor entfernt angebracht, um das Signal vom Boden abzulesen.

Der Wunsch hinter diesem Gruppenprojekt war, uns auf dem, was bereits auf dem Markt existiert, zu stützen, es um einen persönlichen Wert zu erweitern und es in einem unterhaltsamen und interaktiven Bereich zu verwenden. Tatsächlich haben wir nach dem Kontakt mit einem erfolgreichen Escape Room in Brüssel, Belgien, festgestellt, dass Escape Games nicht nur immer berühmter werden, sondern dass es ihnen oft an Interaktivität mangelt und dass sich Kunden darüber beschweren, nicht genug "Teil von" zu sein " das Spiel.

Daher haben wir versucht, einen Roboter zu entwickeln, der die gegebenen Anforderungen erfüllt und gleichzeitig die Spieler einlädt, wirklich Teil des Spiels zu sein.

Hier ist eine Zusammenfassung dessen, was im Roboter passiert:

- Der nicht autonome Teil: Eine Fernbedienung ist über einen Empfänger mit Arduino verbunden. Die Spieler steuern die Fernbedienung und steuern damit den Arduino, der die Motoren steuert. Der Arduino wird vor dem Spielstart eingeschaltet, tritt jedoch in die Hauptfunktion ein, wenn Spieler ein Rätsel auf der Fernbedienung lösen. Eine IR-Funkkamera ist bereits eingeschaltet (gleichzeitig mit dem "Ganzen" (vom Arduino gesteuert) beim Ein- / Ausschalten eingeschaltet). Die Spieler steuern das Auto mit der Fernbedienung: Sie steuern die Geschwindigkeit und die Richtung (vgl. Schritt 5: Flussdiagramm). Wenn der Timer, der bei der Eingabe der Hauptfunktion startet, 30 Minuten beträgt, wird die Steuerung durch den Controller deaktiviert.

- Der autonome Teil: Die Steuerung wird dann vom Arduino verwaltet. Nach 30 Minuten beginnt der IR-Linetracker-Sensor, einer Linie am Boden zu folgen, um den Parcours zu beenden.

Schritt 2: Material & Werkzeuge

MATERIAL

Elektronische Teile

• Mikrocontroller:

  • Arduino UNO
  • Arduino Motorschild - Reichelt - 22.52€

• Sensoren:

  IR-Linientracker - Mc Hobby - 16.54€

• Batterien:

  6x 1,5V Batterie

• Sonstiges:

  • Protoboard
  • Drahtlose Kamera (Empfänger) - Banggood - 21.63€
  • Fernbedienung (Sender + Empfänger) - Amazon - 36,99€
  • Ladestation (Qi-Empfänger) - Reichelt - 22,33€ (unbenutzt - vgl. Schritt 7: Fazit)
  • LED - Amazon - 23.60€

Mechanisches Teil

• Bausatz Autofahrwerk - Amazon - 14,99€

  • Gebraucht:

    • 1x Schalter
    • 1x Lenkrolle
    • 2x Räder
    • 2x Gleichstrommotor
    • 1x Batteriehalter

  • Nicht benutzt:

    • 1x Autochassis
    • 4x M3*30 Schraube
    • 4x L12 Distanzstück
    • 4x Befestigungselemente
    • 8x M3*6 Schraube
    • M3-Mutter
• Magnet - Amazon - 9,99€

• Bolzen, Muttern, Schrauben

  • M2*20
  • M3*12
  • M4*40
  • M12*30
  • alle entsprechenden Nüsse

• 3D-gedruckte Teile:

  • 5x Federn
  • 2x Motorfixierung
  • 1x L-förmige Linientrackerfixierung

• Lasergeschnittene Teile:

  • 2x runde flache Platte
  • 5x rechteckiger kleiner flacher Teller

WERKZEUG

• Maschinen:

  • 3D Drucker
  • Laserschneider
• Schraubendreher
• Handbohrer
• Kalk
• Elektroniklot

Schritt 3: (Laser) Schneiden & (3D) Drucken

Wir haben sowohl Laserschneid- als auch 3D-Drucktechniken verwendet, um einige unserer Komponenten zu erhalten. Alle CAD-Dateien finden Sie in der Datei.step unten

Laserschneider

Die beiden Hauptbefestigungsteile des Roboters wurden lasergeschnitten: (Material = MDF-Karton von 4 mm)

- 2 runde flache Scheiben, um die Basis (oder das Chassis) des Roboters zu bilden

- Mehrere Löcher an den beiden Scheiben zur Aufnahme von mechanischen und elektronischen Komponenten

- 5 rechteckige Plättchen zum Fixieren der Federn zwischen den beiden Chassisplatten

3D-Drucker (Ultimakers & Prusa)

Verschiedene Elemente des Roboters wurden in 3D gedruckt, um ihnen gleichzeitig Widerstandsfähigkeit und Flexibilität zu verleihen:(Material = PLA)- 5 Federn: Beachten Sie, dass die Federn als Blöcke gedruckt werden, so dass es notwendig ist, sie zu archivieren, um zu geben ihnen ihre "Frühlings"-Formen!

- 2 rechteckige ausgehöhlte Teile zur Befestigung der Motoren

- L-förmiges Stück zur Aufnahme des Line-Trackers

Schritt 4: Zusammenbau der Elektronik

Wie Sie auf den elektronischen Skizzen sehen können, ist der Arduino erwartungsgemäß das zentrale Stück des elektronischen Teils.

Connexion Arduino - Linetracker:(vgl. entsprechende Follower-Skizze)

Connexion Arduino - Motoren:(vgl. entsprechende Übersichtsskizze - links)

Connexion Arduino - Fernbedienungsempfänger: (vgl. entsprechende allgemeine Skizze - oben)

Connexion Arduino - LEDs:(vgl. entsprechende Übersichtsskizze - links)

Ein Protoboard wird verwendet, um die Anzahl der 5V- und GND-Ports zu erhöhen und alle Verbindungen zu erleichtern.

Dieser Schritt ist nicht der einfachste, da er die oben genannten Anforderungen erfüllen muss (Autonomie, Benutzerfreundlichkeit, Robustheit, Sicherheit) und der Stromkreis besondere Aufmerksamkeit und Vorsicht erfordert.

Schritt 5: Codierung

Der Codierungsteil betrifft den Arduino, die Motoren, die Fernbedienung, den Line-Tracker und die LEDs.

Auf dem Code findest du:

1. Deklaration von Variablen:

• Erklärung des vom RC-Empfänger verwendeten Pins
• Deklaration des von DC-Motoren verwendeten Pins
• Deklaration des von LEDs verwendeten Pins
• Deklaration der von der Funktion 'Riddle' verwendeten Variablen
• Deklaration des von IR-Sensoren verwendeten Pins
• Deklaration der von IR Deck verwendeten Variablen

2. Initialisierungsfunktion: Initialisieren Sie die verschiedenen Pins und LEDs

Funktion 'setup()'

3. Funktion für Motoren:

• Funktion 'turn_left()'
• Funktion 'turn_right()'
• Funktion 'CaliRobot()'

4. Funktionszeilen-Tracker: verwendet die vorherige Funktion 'CaliRobot()' während des halbautonomen Verhaltens des Roboters

Funktion 'Follower()'

5. Funktion für Fernbedienung (Rätsel): enthält die richtige Lösung für das Rätsel, das den Spielern präsentiert wird

Funktion 'Rätsel()'

6. Hauptschleifenfunktion: ermöglicht es den Spielern, das Auto zu steuern, sobald sie die Lösung des Rätsels gefunden haben, startet einen Timer und schaltet den Eingang von digital (ferngesteuert) auf digital (autonom) um, sobald der Timer 30 Minuten überschreitet

Funktion 'Schleife()'

Der Hauptprozess des Codes wird im obigen Flussdiagramm erläutert, wobei die wichtigsten Funktionen hervorgehoben sind.

Den gesamten Code für dieses Projekt finden Sie auch in der angehängten Datei.ino, die mit der Entwicklungsschnittstelle Arduino IDE geschrieben wurde.

Schritt 6: Zusammenbauen

Sobald wir alle Komponenten lasergeschnitten, 3D-gedruckt und fertig haben: Wir können das Ganze zusammenbauen!

Zuerst befestigen wir die 3D-gedruckten Federn auf ihren lasergeschnittenen Rechteckplatten mit Schrauben, deren Durchmesser dem Durchmesser der Löcher in den Federn entspricht.

Sobald die 5 Federn auf ihren kleinen Platten befestigt sind, können wir letztere mit kleineren Schrauben auf der unteren Chassisplatte befestigen.

Zweitens können wir die Motoren an den 3D-gedruckten Motorbefestigungen unter der unteren Chassisplatte mit kleinen Schrauben befestigen.

Sobald diese befestigt sind, können wir die 2 Räder an den Motoren in den Löchern der unteren Chassisplatte befestigen.

Drittens können wir das Laufrad, auch unter der unteren Chassisplatte, mit kleinen Schrauben so befestigen, dass die untere Chassisplatte waagerecht steht

Wir können jetzt alle anderen Komponenten reparieren

• Untere Chassisplatte:

  • Unter:

    • Linientracker
    • LED

  • Über:

    • Fernbedienungsempfänger
    • Arduino & Motorschild
    • LED

• Obere Chassisplatte:

  • Unter:

    Kamera

  • Über:

    • Batterien
    • Ein / Aus Schalter

Schließlich können wir die beiden Chassisplatten zusammenbauen.

Hinweis: Seien Sie beim Zusammenbau aller Komponenten vorsichtig! In unserem Fall wurde bei der Montage der beiden Chassisplatten eine der kleinen Platten für die Federn beschädigt, weil sie zu dünn war. Wir haben wieder mit einer größeren Breite begonnen. Verwenden Sie beim Laserschneiden (sowie beim 3D-Drucker) starke Materialien und überprüfen Sie die Abmessungen, damit Ihre Teile nicht zu dünn oder zu zerbrechlich sind.

Schritt 7: Fazit

Sobald alle Komponenten zusammengebaut sind (achten Sie darauf, dass alle Komponenten gut befestigt sind und nicht herunterfallen), den Empfänger der Kamera an einen Bildschirm (zB Fernsehbildschirm) angeschlossen und die Batterien (6x 1,5 V) auf die Batteriehalter, Sie sind bereit, das Ganze zu testen!

Wir haben versucht, das Projekt noch einen Schritt weiter zu bringen, indem wir die Batterien (6x 1,5 V) durch eine tragbare Batterie ersetzt haben, indem wir:

• Bau einer Ladestation (drahtloses Ladegerät in einer lasergeschnittenen Ladestation befestigt (siehe Fotos));
• Hinzufügen eines Empfängers (Qi-Empfänger) zum tragbaren Akku (siehe Fotos);
• Schreiben einer Funktion auf dem Arduino, die den Roboter auffordert, der Linie auf dem Boden in die entgegengesetzte Richtung zu folgen, um die Ladestation zu erreichen und den Akku aufzuladen, damit der gesamte Roboter autonom für die nächste Spielsitzung bereit ist.

Da wir kurz vor Ablauf der Projektfrist Probleme beim Austausch der Batterien durch eine tragbare Batterie hatten (Erinnerung: dieses Projekt wurde von unseren Professoren der ULB/VUB betreut, wir mussten daher eine Frist einhalten), konnten wir die fertige Version nicht testen Roboter. Dennoch finden Sie hier ein Video des Roboters, der über den Computer (USB-Anschluss) mit Strom versorgt und von der Fernbedienung gesteuert wird.

Nichtsdestotrotz konnten wir alle von uns angestrebten Mehrwerte erreichen: - Robustheit - Runde Form - Einschalträtsel - Schalter der Steuerung (Fern -> Autonom) Wenn dieses Projekt Ihre Aufmerksamkeit und Ihre Neugier gefesselt hat, sind wir daher sehr neugierig zu sehen, was Sie getan haben, zu sehen, ob Sie einige der Schritte anders als wir gemacht haben und ob Sie den autonomen Ladevorgang erfolgreich abgeschlossen haben!

Zögern Sie nicht, uns Ihre Meinung zu diesem Projekt mitzuteilen!