PiCar: Budowa autonomicznej platformy samochodowej: 21 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Ta instrukcja szczegółowo opisuje kroki wymagane do zbudowania PiCar

Co to jest PiCar?

PiCar to platforma autonomicznych samochodów typu open source. Sam w sobie nie jest autonomiczny, ale można łatwo dodać czujniki do sterowania samochodem za pomocą Arduino lub Raspberry Pi.

Dlaczego warto używać PiCar zamiast samochodu RC?

Używanie PiCar jest bardzo podobne do używania samochodu RC jako platformy. Jednak PiCar daje większą kontrolę i jest łatwiejszy do modyfikacji niż samochód RC. Podwozie dla PiCar jest wydrukowane w 3D i możesz łatwo edytować model 3D, aby w razie potrzeby dodać więcej miejsca w samochodzie. Ponadto wszystkie części są łatwo dostępne online lub można je wydrukować w 3D.

Kto stworzył PiCar?

PiCar został zaprojektowany na Uniwersytecie Waszyngtońskim w St. Louis w laboratorium Humberto Gonzaleza i Silvii Zhang. Samochód został zaprojektowany w maju 2017 roku, a w czerwcu został zgłoszony do konkursu robotycznego. PiCar znalazł się w pierwszej dziesiątce z ponad 30 międzynarodowych zespołów w konkursie Silk Road Robotics Innovations Competition na Uniwersytecie Xi'an Jiaotong w Xi'an w Chinach. Oto link do wideo YouTube z FlowBot.

Ta instrukcja tylko szczegółowo opisuje, jak zbudować PiCar. Jeśli chcesz, aby przykładowy kod był używany z Twoim PiCar, zapoznaj się z naszym repozytorium GitHub, aby uzyskać dostęp do przykładowego kodu i dodatkowej dokumentacji.

Krok 1: Lista części

Lista części:

• Silnik bezszczotkowy i ESC (32,77 USD)
• Bateria (10,23 USD)
• Silnik serwo (6,15 USD)
• Koła (28 USD; z wkładką i przyklejone do koła)
• Oś, 6 mm (19,38 USD)
• Adaptery do kół sześciokątnych (3,95 USD)
• Duży sprzęt (8,51 USD)
• Koło zębate (5,49 USD)
• Łożyska z otworem 3 mm, średnica zewnętrzna 8 mm (8,39 USD)
• Łożyska z otworem 2 mm, średnica zewnętrzna 5 mm (9,98 USD)
• Łożyska osi (30,68 USD)
• Śruby M3 i M2 (9,99 USD)
• Dostęp do drukarki 3D

Razem: $176,00

Opcjonalny:

• Karta programowania ESC (8,40 USD)

  Karta programowania Turnigy TrackStar ESC

• Ładowarka baterii (24,50 USD)

  Ładowarka Turnigy P403 LiPoly / LiFe AC/DC (wtyczka amerykańska)

• Zestaw kluczy Alana (9,12 USD)

  https://www.amazon.com/TEKTON-Wrench-Metric-13-Pie…

• Kontroler RC z odbiornikiem (22,58 USD)

  https://hobbyking.com/en_us/hobbyking-gt2e-afhds-2…

• Arduino (10,9 USD)

  https://www.amazon.com/Elegoo-Board-ATmega328P-ATM…

• Deska do chleba (6,99 USD)

  https://www.amazon.com/eBoot-Experiment-Solderless…

• Różne przewody (6,99 USD)

  https://www.amazon.com/GenBasic-Female-Solderless-…

Razem: 89,48 USD

Części zostały wybrane według trzech kryteriów:

• Funkcjonalność
• Dostępność
• Dostępność arkusza danych

Części musiały dobrze funkcjonować, aby działały zgodnie z oczekiwaniami i służyły przez długi czas. Trzeba je łatwo kupić online, aby inne osoby mogły replikować PiCar. Jest to ważne, ponieważ w przyszłości nasze laboratorium będzie produkować więcej samochodów i chcemy, aby samochód był łatwo dostępny dla ludzi w całym kraju. Części muszą mieć arkusze danych, ponieważ będziemy przeprowadzać eksperymenty z PiCarem. Podczas przeprowadzania eksperymentów akademickich ważne jest, aby dokładnie wiedzieć, co wchodzi w skład używanego sprzętu. Posiadanie arkuszy danych sprawia, że eksperyment jest powtarzalny.

Krok 2: Dostęp do modeli 3D

Jak uzyskać dostęp do plików CAD hostowanych w Onshape:

1. Przejdź do

2. Jeśli otrzymałeś dane konta, użyj tych poświadczeń, aby się zalogować.

3. W przeciwnym razie utwórz nowe konto. Po skonfigurowaniu konta i zalogowaniu przejdź do: https://cad.onshape.com/documents/79e37a701364950…, aby uzyskać dostęp do zespołu Pi Car Assembly.

4. Otwarcie linku przeniesie Cię do pliku Pi Car Assembly, jak widać na powyższych obrazach. Jeśli używasz podanych poświadczeń, będziesz mieć dostęp „edycyjny” do tego zespołu i wszystkich plików części. Jeśli używasz nowego konta użytkownika, możesz utworzyć kopię zespołu i edytować ją w ten sposób.

5. Aby nauczyć się Onshape, przejdź do

6. Powyższy rysunek pokazuje, jak uzyskać dostęp do każdej części, zespołu, podzespołu lub rysunku.

7. Najlepszym sposobem sprawdzenia wymiarów (odległość lub kąt między częściami) jest przejście do rysunku odpowiedniej części lub zespołu. Przed sprawdzeniem wymiarów upewnij się, że zsynchronizowałeś rysunek z odpowiednim zespołem lub częścią, klikając przycisk aktualizacji, jak pokazano na powyższym obrazku.

8. Aby sprawdzić konkretny wymiar, użyj narzędzia wymiarowania punkt-punkt, punkt-linia, linia-do-linii, kąta itp. i kliknij parę punktów/linii, jak pokazano powyżej obraz.

Krok 3: Pobieranie modeli 3D

Teraz, gdy masz już dostęp do modeli 3D, musisz je pobrać do druku 3D

9 części, które musisz pobrać:

• Finał podwozia
• Łącznik bazowy Ackermanna
• Róg serwo Ackermanna

• Sześciokąt koła 12mm

  (x2) Obie strony to identyczne części

• Ramię Ackermanna

  (x2) Zarówno lewa, jak i prawa strona; te pliki są swoimi lustrzanymi odbiciami

• Łącznik kołkowy Ackermanna

  (x2) Obie strony to identyczne części

1. Aby pobrać powyższe części, przejdź do głównego montażu PiCar w OnShape
2. Kliknij prawym przyciskiem część, którą chcesz pobrać
3. Kliknij eksport
4. Zapisz plik jako plik.stl
5. Powtórz te kroki, aby zapisać wszystkie 9 plików jako pliki.stl

Jeśli napotkasz problem polegający na tym, że pliki nie mogą zostać pobrane, możesz znaleźć pliki kroków lub pliki stl w naszym serwisie GitHub. Na stronie głównej kliknij hw, chassis, a na końcu stl_files lub step_files.

Krok 4: Wydrukuj 3D pliki. STL

Użyj wybranej drukarki 3D, aby wydrukować wszystkie pliki.stl

Większość wydruków musi być drukowana z podporami, ale okazało się, że kilka z nich drukuje się lepiej bez nich. Polecam wydrukowanie klaksonu Ackermanna, Heksagonalnego koła 12mm i ramion Ackermanna w osobnym druku i bez podpór. Skróci to całkowity czas drukowania i zwiększy jakość wydruków.

Wydrukowałem wszystkie części z wypełnieniem 100%, ale to był osobisty wybór. Możesz zejść nawet do 20% wypełnienia, jeśli chcesz. Zdecydowałem się na wydruk z tak wysokim wypełnieniem, aby zwiększyć wytrzymałość części.

Moje wydruki były ustawione na wysokość warstwy 0,1 mm. Podjąłem tę decyzję, ponieważ 0,1 mm to domyślne ustawienie dla mojej drukarki 3D. Polecam drukować części o wysokości warstwy od 0,1 mm do 0,2 mm.

Krok 5: Wciśnij łożyska do drukowanego w 3D przedniego układu kierowniczego

Łożysko 3 mm wchodzi do obu części wydrukowanych w 3D Ackermann Arm

Powinieneś być w stanie wepchnąć łożyska palcami. Jeśli jednak potrzebna jest większa siła, zalecam wciśnięcie płaskiego przedmiotu w łożysko, aby można było pchać z większą siłą. Staraj się nie używać ostrych przedmiotów ani nie uderzać gwałtownie w łożysko.

Wciśnij dwa 2 mm łożyska w obie części ramienia Ackermann

Wciśnij łożysko 2 mm w obie części Ackermann Pin Link

Proszę zapoznać się ze zdjęciami, aby zrozumieć, dokąd trafiają wszystkie łożyska. Powinno to być łatwe do stwierdzenia, ponieważ łożyska wejdą tylko w otwór o odpowiedniej wielkości.

Krok 6: Przykręć serwo Horn Ackermann do serwa

Wciśnij wydrukowaną część Ackermann Servo Horn 3D na górę serwomechanizmu.

Ackermann Servo Horn powinien się zatrzasnąć. Jeśli tak się nie stanie, możesz odciąć końcówkę serwomechanizmu. Jak widać na pierwszym zdjęciu, odciąłem końcówkę mojego serwa, aby pokazać, jak by to wyglądało.

Użyj jednej ze śrub dołączonych do serwomechanizmu, aby przykręcić Ackermann Servo Horn do serwomechanizmu

Ten krok jest całkiem prosty. Śruba zapewni niezawodne połączenie części.

Krok 7: Podłączanie zespołu przedniego koła z nadrukiem 3D

Połącz dwie części ramienia Ackermann z łącznikiem bazowym Ackermann za pomocą dwóch śrub i nakrętek M2

W tym kroku użyj łożyska środkowego. Proszę zapoznać się ze zdjęciami, aby zobaczyć, gdzie zamocować części ramienia Ackermann. Obie strony powinny być swoim lustrzanym odbiciem.

Połącz dwie części Ackermann Pin Link z częściami ramienia Ackermann za pomocą dwóch śrub i nakrętek M2.

Końcówka łącznika Ackermann Pin Link, która NIE posiada łożyska, jest tą końcówką, której używasz do mocowania ramienia Ackermanna. Proszę odnieść się do zdjęć, aby uzyskać prawidłową orientację części.

WAŻNE: Lewa i prawa część Ackermann Pin Link są odwrócone względem siebie

Oznacza to, że jeden koniec łożyska powinien unosić się nad drugim, jak widać na zdjęciach.

Krok 8: Podłącz serwo do zespołu przedniego koła

Za pomocą śruby i nakrętki M2 przymocuj serwo do zespołu przedniego koła

Serwohorn Ackermanna znajduje się pomiędzy dwoma częściami Ackermann Pink Link. Zapoznaj się ze zdjęciami, aby uzyskać prawidłową orientację części.

Krok 9: Podłącz koła do zespołu przedniego koła

Włóż dwie drukowane części Wheel Hex 12mm 3D do dwóch kółek

Ta wydrukowana w 3D część działa jak przekładka między kołem a samochodem. Dzięki temu opony są jak najbliżej podwozia, a jednocześnie się nie stykają.

Użyj dwóch śrub i nakrętek M3, aby przymocować dwa koła do zespołu przedniego koła

Łeb śruby trafia na zewnątrz koła, a nakrętka do wewnątrz. To kończy montaż przedniego koła.

Krok 10: Zamontuj zębnik na wale silnika

Koło zębate należy nabić młotkiem na wał silnika

Zalecam użycie plastikowego młotka, aby nie uszkodzić części. Trzymaj zębnik blisko krawędzi wału, jak widać na zdjęciu.

Krok 11: Wytnij oś na długość

Przytnij oś do 69 mm

Oś o średnicy 6 mm ma długość 200 mm, gdy jest dostarczana z McMaster Carr. W tej wersji oś musi zostać przycięta do 69 mm.

Polecam używanie Dremela z przystawką do szlifierki obrotowej. Ponieważ oś jest wykonana ze stali nierdzewnej, docięcie jej do odpowiedniej długości zajmie kilka minut. Zajęło mi nieco ponad 5 minut, aby obciąć oś do tej wersji. Zalecam użycie narzędzia Dremel do wycięcia fazki na końcu osi. Umożliwi to łatwiejszym ślizganie się zamontowanych łożysk i przekładni czołowej.

Krok 12: Wsuń łożyska montowane na oś

Zamontowane łożyska należy nasunąć na oś

To zaczyna budować zespół tylnego koła

Krok 13: Zamontuj koło zębate walcowe na osi

Wsuń koło zębate czołowe na prawą stronę osi

Upewnij się, że śruba blokująca znajduje się po wewnętrznej stronie przekładni.

Za pomocą dostarczonego klucza imbusowego dokręć śrubę blokującą, aż będzie mocno dociśnięta do osi

Najlepiej na razie poluzować śrubę blokującą i dokręcić ją do końca później. Zapewni to dobre zazębienie zębów koła czołowego z kołem zębatym.

Krok 14: Przymocuj adaptery sześciokątne do 2 kółek

Przykręć dwa sześciokątne adaptery kół do kół za pomocą dostarczonych śrub.

Upewnij się, że śruby są całkowicie dokręcone.

Krok 15: Przymocuj koła i łożyska blokujące do osi

Wsuń oba koła na dowolny koniec osi

Dokręć śruby blokujące, aby koła były zamocowane na swoim miejscu

Krok 16: Zamontuj silnik bezszczotkowy na podwoziu

Zamontuj silnik do obudowy za pomocą trzech śrub M2.

Przydatne na później jest ustawienie przewodów tak, aby były skierowane do wnętrza obudowy.

Krok 17: Zamontuj zespół koła tylnego do podwozia

Zamontuj zespół tylnego koła do podwozia za pomocą czterech śrub i nakrętek M3.

Upewnij się, że koło czołowe i zębnik są wyrównane, a ich zęby dobrze się zazębiają.

Jeśli zęby nie zazębiają się dobrze, poluzuj śrubę blokującą na kole czołowym. Przesuń koło zębate walcowe wzdłuż osi, aż zazębia się z kołem zębatym.

Krok 18: Przymocuj zespół przedniego koła do podwozia

Zamontuj przednie koło do podwozia za pomocą czterech śrub i nakrętek M3.

Zamontuj serwo w prostokątnej skrzynce serwa w podwoziu.

Krok 19: Podłącz ESC do silnika bezszczotkowego

Podłącz przewody w tym samym kolorze na silniku do przewodów na ESC

Te przewody zapewniają zasilanie silnika. Silnik jest silnikiem bezszczotkowym, co oznacza, że jest napędzany prądem przemiennym w trzech zestawach cewek. ESC decyduje, kiedy zmienić prąd w zależności od sygnału pwm, jaki otrzymuje z kabla informacyjnego.

Krok 20: Podłącz kable ESC i informacji o silniku do odbiornika

Upewnij się, że plus i masa znajdują się we właściwej lokalizacji dla twojego odbiornika. Bardzo ważne jest, aby wszystkie przewody dodatnie (czerwone) znajdowały się w tym samym rzędzie.

Zapoznaj się z instrukcją obsługi kontrolera RC, aby określić, do której lokalizacji należy przejść każdy z kabli. W moim kontrolerze kabel serwo jest w kanale pierwszym, a kabel ESC w kanale drugim.

Krok 21: Zasil wszystko baterią LiPo i przetestuj za pomocą kontrolera RC

Podłącz akumulator LiPo do ESC, aby zasilić cały system. Teraz możesz sterować samochodem za pomocą kontrolera RC. Sprawdź, czy cały system działa zgodnie z przeznaczeniem.

Być może trzeba będzie wyregulować serwo, aby samochód jechał prosto. Większość kontrolerów RC pozwala na dostrojenie tego kąta. Możesz także dostroić, jak daleko skręcisz kołem, aż samochód się uruchomi. Zalecam przeczytanie instrukcji obsługi kontrolera RC, aby zrozumieć jego różne funkcje.