Escape Robot: RC Car para un juego de escape: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

El objetivo principal de este proyecto era construir un robot que se diferenciara de los robots ya existentes y que pudiera ser utilizado en un área real e innovadora.

En base a la experiencia personal, se decidió construir un robot con forma de automóvil que se implementaría en un juego de escape. Gracias a los diferentes componentes, los jugadores podían encender el automóvil resolviendo un acertijo en el controlador, controlar la trayectoria del automóvil y obtener una llave en el camino para escapar de la habitación.

Como este proyecto era parte de un curso de Mecatrónica impartido en la Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) y Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Bélgica, se presentaron algunos requisitos al principio, como:

• Uso y combinación de campos de mecánica, electrónica y programación.
• Un presupuesto de 200 €
• Tener un robot terminado y funcional que aporta algo nuevo.

Y como iba a usarse en sesiones de juegos de escape de la vida real, a veces varias sesiones seguidas, se necesitaban algunos requisitos más para cumplir:

• Autonomía: encontrar una manera de hacer que el robot se vuelva semiautónomo para respetar las limitaciones del juego
• Fácil de usar: fácil de usar, presencia de una pantalla con retroalimentación de la cámara
• Robustez: materiales fuertes capaces de absorber los golpes
• Seguridad: los jugadores no están en contacto directo con el robot.

Paso 1: Concepto principal y motivación

Como se explicó en la introducción, el concepto principal de este proyecto es crear y construir un robot semiautónomo, primero controlado por los jugadores del juego de escape, luego capaz de recuperar el control de los jugadores.

El principio es el siguiente: imagina que estás encerrado en una habitación con un grupo de amigos. La única posibilidad de salir de la habitación es encontrar una llave. La llave está escondida en un laberinto ubicado debajo de tus pies, en un piso intermedio oscuro. Para obtener esa llave, tienes en tu poder tres cosas: un control remoto, un mapa y una pantalla. El control remoto le permite controlar un automóvil que ya se encuentra en el piso intermedio, resolviendo un acertijo imaginado en los botones de control existentes del control remoto. Una vez que haya resuelto ese acertijo, el automóvil se enciende (cfr. Paso 5: Codificación - función principal llamada 'loop ()'), y puede comenzar a guiar el automóvil a través del laberinto con la ayuda del mapa dado. La pantalla está ahí para mostrar en vivo lo que ve el automóvil, gracias a una cámara fijada frente al robot, y por lo tanto ayudarlo a ver las trayectorias y lo más importante la clave. Una vez que tengas la llave gracias a un imán en la parte inferior del robot, y una vez que hayas llegado al final del laberinto, eres capaz de tomar la llave y escapar de la habitación en la que estabas encerrado.

Por tanto, los componentes principales del robot son:

1. Acertijo que se resolverá con el mando a distancia
2. Control del robot por parte de los jugadores con mando a distancia
3. Pantalla de control basada en video filmado en vivo por la cámara

Debido a que en tales juegos la principal restricción es el tiempo (en la mayoría de los juegos de escape tienes entre 30 minutos y 1 hora para salir y tener éxito), se adjunta y conecta un sensor en la base del robot para que si tú, como jugadores, excedes En un tiempo determinado (en nuestro caso 30 minutos), el robot recupera el control y termina los recorridos por sí mismo, de modo que tienes la posibilidad de conseguir la llave de la habitación antes de que suene el temporizador del juego (en nuestro caso 1 hora)

Además, como el automóvil está en una habitación completamente oscura, los LED se fijan no lejos del sensor para ayudarlo a leer la señal desde el suelo.

El deseo detrás de este proyecto grupal era basarnos en lo que ya existe en el mercado, modificarlo agregando un valor personal y poder utilizarlo en algún campo divertido e interactivo. De hecho, después de estar en contacto con un exitoso Escape Room en Bruselas, Bélgica, descubrimos que los juegos de escape no solo son cada vez más famosos, sino que a menudo carecen de interactividad y los clientes se quejan de que no son suficientes "parte de " el juego.

Por lo tanto, intentamos tener una idea de un robot que cumpliera con los requisitos dados al tiempo que invitaba a los jugadores a ser realmente parte del juego.

A continuación, se muestra un resumen de lo que sucede en el robot:

- La parte no autónoma: un control remoto está vinculado a Arduino a través de un receptor. Los jugadores controlan el control remoto y, por lo tanto, controlan el Arduino que controla los motores. El Arduino se enciende antes de que comience el juego, pero ingresa a la función principal cuando los jugadores resuelven un acertijo en el control remoto. Una cámara inalámbrica de infrarrojos ya está encendida (encendida al mismo tiempo que el "todo" (controlado por el Arduino) cuando se enciende / apaga). Los jugadores guían el coche con mando a distancia: controlan la velocidad y la dirección (cfr. Paso 5: diagrama de flujo). Cuando el temporizador que se inicia cuando se ingresa la función principal es igual a 30 minutos, el control desde el controlador está deshabilitado.

- La parte autónoma: el control lo gestiona el Arduino. Después de 30 minutos, el sensor de seguimiento de línea IR comienza a seguir una línea en el suelo para finalizar los recorridos.

Paso 2: Material y herramientas

MATERIAL

Partes electronicas

• Microcontrolador:

  • Arduino UNO
  • Blindaje motor Arduino - Reichelt - 22.52 €

• Sensores:

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

• Baterías:

  6 pilas de 1,5 V

• Otro:

  • Protoboard
  • Cámara inalámbrica (receptor) - Banggood - 21.63 €
  • Mando a distancia (transmisor + receptor) - Amazon - 36,99 €
  • Base de carga (receptor Qi) - Reichelt - 22,33 € (no utilizado - cfr. Paso 7: Conclusión)
  • LED - Amazon - 23,60 €

Parte mecánica

• Kit de chasis de coche de bricolaje - Amazon - 14,99 €

  • Usó:

    • 1x interruptor
    • 1x rueda giratoria
    • 2x ruedas
    • 2x motor de CC
    • 1x soporte de batería

  • No utilizado:

    • 1x chasis de coche
    • 4 tornillos M3 * 30
    • Espaciador 4x L12
    • 4x sujetadores
    • Tornillo 8x M3 * 6
    • Tuerca M3
• Imán - Amazon - 9,99 €

• Pernos, tuercas, tornillos

  • M2 * 20
  • M3 * 12
  • M4 * 40
  • M12 * 30
  • todas las nueces respectivas

• Piezas impresas en 3D:

  • Resortes 5x
  • 2x fijación del motor
  • 1x fijación del rastreador de línea en forma de L

• Piezas cortadas con láser:

  • 2x plato plano redondo
  • Plato plano pequeño rectangular 5x

HERRAMIENTA

• Máquinas:

  • impresora 3d
  • Cortador láser
• Destornilladores
• Perforadora de mano
• Lima
• Soldadura electrónica

Paso 3: Corte (láser) e impresión (3D)

Utilizamos técnicas de corte láser e impresión 3D para obtener algunos de nuestros componentes. Puede encontrar todos los archivos CAD en el archivo.step a continuación

Cortador láser

Las dos principales piezas de fijación del robot fueron cortadas con láser: (Material = cartón MDF de 4 mm)

- 2 discos planos redondos para hacer la base (o chasis) del robot

- Varios orificios en los dos discos para alojar componentes mecánicos y electrónicos

- 5 placas pequeñas rectangulares para fijar los resortes entre las dos placas del chasis

Impresora 3D (Ultimakers y Prusa)

Se imprimieron en 3D diferentes elementos del robot, con el fin de darles resistencia y flexibilidad al mismo tiempo: (Material = PLA) - 5 resortes: tenga en cuenta que los resortes están impresos como bloques, por lo que es necesario archivarlos para dar ellos sus formas 'primaverales'!

- 2 piezas huecas rectangulares para fijar los motores

- Pieza en forma de L para acomodar el rastreador de línea

Paso 4: Montaje de la electrónica

Como puede ver en los bocetos electrónicos, el Arduino es, como se esperaba, la pieza central de la parte electrónica.

Connexion Arduino - Line tracker: (cfr. Boceto seguidor correspondiente)

Connexion Arduino - Motores: (cfr. Esquema general correspondiente - izquierda)

Connexion Arduino - Receptor de control remoto: (cfr. Boceto general correspondiente - arriba)

Connexion Arduino - LEDs: (cfr. Esquema general correspondiente - izquierda)

Se utiliza una protoboard para aumentar el número de puertos 5V y GND y facilitar todas las conexiones.

Este paso no es el más sencillo, ya que debe cumplir con los requisitos señalados anteriormente (autonomía, facilidad de uso, robustez, seguridad), y como circuito eléctrico requiere especial atención y precaución.

Paso 5: codificación

La parte de codificación se refiere al Arduino, motores, control remoto, rastreador de línea y LED.

Puedes encontrar en el código:

1. Declaración de variables:

• Declaración de pin utilizado por RC Receiver
• Declaración de Pin utilizado por DC Motors
• Declaración de pin utilizado por LED
• Declaración de variables utilizadas por la función 'Riddle'
• Declaración de pin utilizado por sensores de infrarrojos
• Declaración de variables utilizadas por IR Deck

2. Función de inicialización: inicializa los diferentes pines y LED

Función 'setup ()'

3. Función para motores:

• Función 'turn_left ()'
• Función 'turn_right ()'
• Función 'CaliRobot ()'

4. Rastreador de línea de función: utiliza la función anterior 'CaliRobot ()' durante el comportamiento semiautónomo del robot

Función 'Seguidor ()'

5. Función para control remoto (acertijo): contiene la solución correcta al acertijo presentado a los jugadores.

Función 'Acertijo ()'

6. Función de bucle principal: permite a los jugadores controlar el automóvil una vez que han encontrado la solución al acertijo, inicia un temporizador y cambia la entrada de digital (control remoto) a digital (autónomo) una vez que el temporizador supera los 30 minutos.

Función 'loop ()'

El proceso principal del código se explica en el diagrama de flujo aquí arriba, con las funciones principales resaltadas.

También puede encontrar el código completo para este proyecto en el archivo.ino adjunto, que fue escrito usando la interfaz de desarrollo Arduino IDE.

Paso 6: Montaje

Una vez que tengamos todos los componentes cortados con láser, impresos en 3D y listos: ¡podemos ensamblar todo!

Primero, fijamos los resortes impresos en 3D en sus placas rectangulares cortadas con láser con pernos de diámetro igual al diámetro de los orificios dentro de los resortes.

Una vez fijados los 5 muelles en sus placas pequeñas, podemos fijar este último en la placa inferior del chasis con tornillos más pequeños.

En segundo lugar, podemos fijar los motores a las fijaciones del motor impresas en 3D, debajo de la placa del chasis inferior con pequeños pernos.

Una vez arreglados, podemos venir a arreglar las 2 ruedas de los motores dentro de los orificios de la placa inferior del chasis.

En tercer lugar, podemos fijar la rueda giratoria, también debajo de la placa del chasis inferior, con pequeños pernos de manera que la placa del chasis inferior quede horizontal.

Ahora podemos arreglar todos los demás componentes.

• Placa de chasis inferior:

  • Debajo:

    • Rastreador de línea
    • DIRIGIÓ

  • Sobre:

    • Receptor del mando a distancia
    • Arduino y protector de motor
    • DIRIGIÓ

• Placa de chasis superior:

  • Debajo:

    Cámara

  • Sobre:

    • Pilas
    • Interruptor encendido / apagado

Finalmente, podemos ensamblar las dos placas del chasis juntas.

Nota: ¡Tenga cuidado al ensamblar todos los componentes juntos! En nuestro caso, una de las placas pequeñas para los resortes se dañó al ensamblar las dos placas del chasis, porque era demasiado delgada. Empezamos de nuevo con un ancho mayor, asegúrate de utilizar materiales fuertes cuando utilices el corte láser (así como la impresora 3D), y verifica las dimensiones para que tus piezas no sean demasiado delgadas ni demasiado frágiles.

Paso 7: Conclusión

Una vez que todos los componentes están ensamblados (asegúrese de que todos los componentes estén bien fijados y no corran el riesgo de caerse), el receptor de la cámara se conecta a una pantalla (es decir, la pantalla del televisor) y las baterías (6x 1,5 V) se colocan en el soporte de batería, ¡ya está listo para probarlo todo!

Hemos intentado llevar el proyecto un paso más allá reemplazando las baterías (6x 1,5V) por una batería portátil, mediante:

• construcción de un muelle de carga (cargador inalámbrico fijado en una estación de carga cortada con láser (ver fotos));
• agregar un receptor (receptor Qi) en la batería portátil (ver fotos);
• escribiendo una función en el Arduino pidiendo al robot que siga la línea en el suelo en la dirección opuesta para llegar al muelle de carga y recargar la batería para que todo el robot esté listo de forma autónoma para la siguiente sesión de juego.

Como tuvimos problemas para reemplazar las baterías por una batería portátil justo antes de la fecha límite del proyecto (recordatorio: este proyecto fue supervisado por nuestros profesores de ULB / VUB, por lo tanto, teníamos un plazo que respetar), no pudimos probar el finalizado. robot. No obstante, puede encontrar aquí un video del robot alimentado desde la computadora (conexión USB) y controlado por el control remoto.

No obstante, pudimos alcanzar todos los valores agregados a los que nos dirigíamos: - Robustez - Forma redonda - Acertijo de encendido - Interruptor de control (remoto -> autónomo) Si este proyecto ha retenido su atención y su curiosidad, estamos muy ¡Tengo curiosidad por ver lo que hizo, ver si hizo algunos de los pasos de manera diferente a nosotros y ver si tuvo éxito en el proceso de carga autónoma!

¡No dudes en decirnos qué te parece este proyecto!