Escape Robot: RC Car para um jogo de fuga: 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O objetivo principal deste projeto era construir um robô que se diferenciasse dos robôs já existentes, e que pudesse ser usado em uma área real e inovadora.

Com base na experiência pessoal, decidiu-se construir um robô em forma de carro que seria implementado em um Jogo de Fuga. Graças aos diferentes componentes, os jogadores podiam ligar o carro resolvendo um enigma no controlador, controlar a trajetória do carro e obter uma chave no caminho para escapar da sala.

Como este projeto fazia parte de um curso de Mecatrônica ministrado na Université Libre de Bruxelles (U. L. B.) e Vrije Universiteit Brussel (V. U. B.), Bélgica, alguns requisitos foram apresentados no início, tais como:

• Usando e combinando campos da mecânica, eletrônica e programação
• Um orçamento de 200 €
• Ter um robô pronto e funcionando que traz algo novo

E como seria usado em sessões de jogo de fuga da vida real, às vezes várias sessões consecutivas, alguns requisitos a mais eram necessários:

• Autonomia: encontrar uma maneira de tornar o robô semiautônomo para respeitar as restrições do jogo
• Fácil de usar: fácil de usar, presença de uma tela com feedback da câmera
• Robustez: materiais fortes capazes de absorver os choques
• Segurança: jogadores que não estão em contato direto com o robô

Etapa 1: conceito principal e motivação

Conforme explicado na introdução, o conceito principal deste projeto é criar e construir um robô semi-autônomo, primeiro controlado pelos jogadores do jogo de fuga, depois capaz de retomar o controle dos jogadores.

O princípio é o seguinte: Imagine que você está trancado em uma sala com um grupo de amigos. A única possibilidade de sair do quarto é encontrar uma chave. A chave está escondida em um labirinto localizado sob seus pés, em um piso intermediário escuro. Para obter essa chave, você possui três coisas: um controle remoto, um mapa e uma tela. O controle remoto permite que você controle um carro já no andar intermediário, resolvendo um enigma imaginado nos botões de controle existentes do controle remoto. Depois de resolver esse enigma, o carro é ligado (cfr. Passo 5: Codificação - função principal chamada 'loop ()'), e você pode começar a guiar o carro pelo labirinto com a ajuda do mapa fornecido. A tela está ali para mostrar ao vivo o que o carro vê, graças a uma câmera fixada na frente do robô, e assim ajudá-lo a ver as trajetórias e mais importante a chave. Depois de obter a chave graças a um ímã na parte inferior do robô, e ao chegar ao final do labirinto, você será capaz de pegar a chave e escapar da sala em que estava trancado.

Os principais componentes do robô, portanto, são:

1. Enigma a ser resolvido no controle remoto
2. Controle do robô pelos jogadores com controle remoto
3. Controle de exibição com base em vídeo filmado ao vivo pela câmera

Porque em tais jogos a principal restrição é o tempo (na maioria dos jogos de fuga você tem entre 30 minutos e 1 hora para sair e ter sucesso), um sensor é anexado e conectado na base do robô para que se você, como jogador, exceder um determinado tempo (no nosso caso 30 minutos), o robô retoma o controle e termina o parcours por si mesmo, para que você tenha a chance de pegar a chave da sala antes que o cronômetro do jogo apague (no nosso caso 1 hora)

Além disso, como o carro está em uma sala completamente escura, LEDs são fixados não muito longe do sensor para ajudá-lo a ler o sinal do solo.

O desejo por trás deste projeto coletivo era nos basearmos no que já existe no mercado, modificá-lo agregando um valor pessoal, e poder utilizá-lo em algum campo divertido e interativo. Na verdade, depois de entrarmos em contato com um Escape Room de sucesso em Bruxelas, na Bélgica, descobrimos que os jogos de fuga não só são cada vez mais famosos, mas que muitas vezes carecem de interatividade e os clientes reclamam por não serem "parte suficiente" " o jogo.

Portanto, tentamos ter uma ideia de um robô que atendesse aos requisitos dados ao mesmo tempo em que convidava os jogadores a realmente fazerem parte do jogo.

Aqui está um resumo do que acontece no robô:

- A parte não autônoma: um controlador remoto é conectado ao Arduino por meio de um receptor. Os jogadores controlam o controle remoto e, portanto, controlam o Arduino, que controla os motores. O Arduino é ligado antes do jogo começar, mas entra na função principal quando os jogadores resolvem um enigma no controle remoto. Uma câmera IR wireless já está ligada (ligada ao mesmo tempo que o "todo" (controlada pelo Arduino) quando liga / desliga ligada). Os jogadores conduzem o carro com controle remoto: eles controlam a velocidade e a direção (cfr. Etapa 5: fluxograma). Quando o temporizador que inicia quando a função principal é inserida é igual a 30 minutos, o controle do controlador é desabilitado.

- A parte autônoma: o controle é gerenciado pelo Arduino. Após 30 minutos, o sensor IR line tracker começa a seguir uma linha no solo para finalizar os parcours.

Etapa 2: Material e Ferramentas

MATERIAL

Partes eletrônicas

• Microcontrolador:

  • Arduino UNO
  • Blindagem do motor Arduino - Reichelt - 22,52 €

• Sensores:

  Rastreador de linha IR - Mc Hobby - 16,54 €

• Baterias:

  6x bateria de 1,5 V

• De outros:

  • Protoboard
  • Câmara sem fios (receptor) - Banggood - 21,63 €
  • Controle remoto (transmissor + receptor) - Amazon - 36,99 €
  • Base de carregamento (receptor Qi) - Reichelt - 22,33 € (não utilizado - cfr. Passo 7: Conclusão)
  • LED - Amazon - 23,60 €

Parte mecânica

• Kit faça você mesmo com o chassis do carro - Amazon - 14,99 €

  • Usado:

    • 1x switch
    • 1 roda de rodízio
    • 2 rodas
    • 2x motor DC
    • 1 porta-bateria

  • Não usado:

    • 1x chassis de carro
    • 4x parafuso M3 * 30
    • 4x espaçador L12
    • 4 fechos
    • 8x parafuso M3 * 6
    • Porca M3
• Ímã - Amazon - 9,99 €

• Parafusos, porcas, parafusos

  • M2 * 20
  • M3 * 12
  • M4 * 40
  • M12 * 30
  • todas as respectivas nozes

• Peças impressas em 3D:

  • 5x molas
  • 2x fixação do motor
  • 1x fixação de rastreador em forma de L

• Peças cortadas a laser:

  • 2x placa plana redonda
  • Placa plana pequena retângulo 5x

FERRAMENTA

• Máquinas:

  • impressora 3d
  • Cortador a laser
• Chaves de fenda
• Perfurador de mão
• Lima
• Solda eletrônica

Etapa 3: corte (laser) e impressão (3D)

Usamos técnicas de corte a laser e impressão 3D para obter alguns de nossos componentes. Você pode encontrar todos os arquivos CAD no arquivo.step abaixo

Cortador a laser

As duas principais peças de fixação do robô foram cortadas a laser: (Material = papelão MDF de 4 mm)

- 2 discos planos redondos para fazer a base (ou chassi) do robô

- Vários orifícios nos dois discos, a fim de acomodar componentes mecânicos e eletrônicos

- 5 pequenas placas retangulares para fixar as molas entre as duas placas do chassi

Impressora 3D (Ultimakers e Prusa)

Diferentes elementos do robô foram impressos em 3D, a fim de dar-lhes resistência e flexibilidade ao mesmo tempo: (Material = PLA) - 5 molas: observe que as molas são impressas em blocos, portanto é necessário arquivá-las para dar eles suas formas de 'primavera'!

- 2 peças retangulares vazadas para fixação dos motores

- Peça em forma de L para acomodar o rastreador de linha

Etapa 4: montagem dos eletrônicos

Como você pode ver nos esboços eletrônicos, o Arduino é, como esperado, a peça central da parte eletrônica.

Connexion Arduino - Rastreador de linha: (cfr. Esboço do seguidor correspondente)

Conexão Arduino - Motores: (cfr. Esboço geral correspondente - esquerda)

Connexion Arduino - Receptor de controle remoto: (cfr. Esboço geral correspondente - up)

Conexão Arduino - LEDs: (cfr. Esboço geral correspondente - esquerda)

Um protoboard é usado para aumentar o número de portas 5V e GND e facilitar todas as conexões.

Esta etapa não é das mais fáceis, pois necessita cumprir os requisitos destacados acima (autonomia, convivialidade, robustez, segurança), e como o circuito elétrico necessita de atenção e cuidados especiais.

Etapa 5: codificação

A parte de codificação diz respeito ao Arduino, motores, controlador remoto, rastreador de linha e LEDs.

Você pode encontrar no código:

1. Declaração de variáveis:

• Declaração de PIN usado pelo receptor RC
• Declaração de pino usado por motores DC
• Declaração de pino usado por LEDs
• Declaração de variáveis usadas pela função 'Riddle'
• Declaração de pino usado por sensores IR
• Declaração de variáveis usadas pelo IR Deck

2. Função de inicialização: inicializar os diferentes pinos e LEDs

Função 'setup ()'

3. Função para motores:

• Função 'turn_left ()'
• Função 'turn_right ()'
• Função 'CaliRobot ()'

4. Rastreador de linha de função: usa a função 'CaliRobot ()' anterior durante o comportamento semiautônomo do robô

Função 'Seguidor ()'

5. Função para controle remoto (enigma): contém a solução certa para o enigma apresentado aos jogadores

Função 'Riddle ()'

6. Função de loop principal: permite que os jogadores controlem o carro depois de encontrarem a solução para o enigma, inicia um cronômetro e muda a entrada de digital (controle remoto) para digital (autônomo) assim que o cronômetro ultrapassa 30 minutos

Função 'loop ()'

O processo principal do código é explicado no fluxograma acima, com as funções principais destacadas.

Você também pode encontrar o código completo para este projeto no arquivo.ino em anexo, que foi escrito usando a interface de desenvolvimento Arduino IDE.

Etapa 6: montagem

Assim que tivermos todos os componentes cortados a laser, impressos em 3D e prontos: podemos montar tudo!

Primeiro, fixamos as molas impressas em 3D em suas placas retangulares cortadas a laser com parafusos de diâmetro igual ao diâmetro dos orifícios dentro das molas.

Uma vez que as 5 molas são fixadas em suas pequenas placas, podemos fixar estas últimas na placa inferior do chassi com parafusos menores.

Em segundo lugar, podemos fixar os motores nas fixações do motor impressas em 3D, sob a placa inferior do chassi com pequenos parafusos.

Depois de fixados, podemos vir a fixar as 2 rodas dos motores dentro dos orifícios da placa inferior do chassis.

Terceiro, podemos fixar a roda giratória, também sob a placa inferior do chassi, com pequenos parafusos de forma que a placa inferior do chassi fique horizontal

Agora podemos consertar todos os outros componentes

• Placa inferior do chassi:

  • Abaixo:

    • Rastreador de linha
    • CONDUZIU

  • Sobre:

    • Receptor de controle remoto
    • Arduino e escudo do motor
    • CONDUZIU

• Placa superior do chassi:

  • Abaixo:

    Câmera

  • Sobre:

    • Baterias
    • Chave liga / desliga

Finalmente, podemos montar as duas placas do chassi juntas.

Obs: Cuidado ao montar todos os componentes juntos! No nosso caso, uma das pequenas placas das molas se danificou durante a montagem das duas placas do chassi, por ser muito fina. Recomeçamos com uma largura maior. Certifique-se de usar materiais resistentes ao usar o corte a laser (assim como a impressora 3D), e verifique as dimensões para que suas peças não sejam muito finas ou muito frágeis.

Etapa 7: Conclusão

Assim que todos os componentes estiverem montados (certifique-se de que todos os componentes estejam bem fixados e não haja risco de cair), o receptor da câmera é conectado a uma tela (ou seja, a tela da tv) e as baterias (6x 1,5V) colocadas no suporte de bateria, você está pronto para testar tudo!

Tentamos levar o projeto um passo adiante, substituindo as baterias (6x 1,5 V) por uma bateria portátil, por:

• construção de um dock de carregamento (carregador sem fio fixado em uma estação de carregamento de corte a laser (ver fotos));
• adicionar um receptor (receptor Qi) na bateria portátil (ver fotos);
• escrever uma função no Arduino pedindo ao robô para seguir a linha no solo na direção oposta para alcançar a doca de carregamento e recarregar a bateria para que todo o robô esteja autonomamente pronto para a próxima sessão de jogo.

Como encontramos problemas na troca das baterias por uma portátil pouco antes do prazo do projeto (lembrete: este projeto foi supervisionado pelos nossos professores da ULB / VUB, portanto tínhamos um prazo a respeitar), não foi possível testar o finalizado robô. No entanto, você pode encontrar aqui um vídeo do robô alimentado pelo computador (conexão USB) e controlado pelo controle remoto.

No entanto, conseguimos atingir todos os valores agregados que almejávamos: - Robustez- Forma redonda- Enigma de ativação- Interruptor de controle (remoto -> autônomo) Se este projeto reteve sua atenção e sua curiosidade, estamos, portanto, muito curioso para ver o que você fez, se você fez alguma das etapas diferente do que nós, e se você teve sucesso no processo de cobrança autônomo!

Não hesite em nos dizer o que você achou deste projeto!