PiCar: construir una plataforma de vehicles autònoms: 21 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Aquest document instructiu detalla els passos necessaris per construir un PiCar

Què és PiCar?

PiCar és una plataforma de cotxes autònoms de codi obert. No és autònom per si mateix, però podeu afegir fàcilment sensors per controlar el cotxe amb un Arduino o Raspberry Pi.

Per què utilitzar PiCar en lloc d’un cotxe RC?

L’ús de PiCar és molt similar a l’ús d’un cotxe RC com a plataforma. Tot i això, PiCar us proporciona més control i és més fàcil de modificar que un cotxe RC. El xassís del PiCar està imprès en 3D i podeu editar fàcilment el model 3D per afegir més espai al cotxe si cal. A més, totes les peces estan disponibles en línia fàcilment o es poden imprimir en 3D.

Qui va fer PiCar?

PiCar va ser dissenyat a la Universitat de Washington a St. Louis al laboratori d'Humberto González i Silvia Zhang. El cotxe es va dissenyar el maig del 2017 i va participar en una competició de robòtica al juny. El PiCar es va classificar entre els deu primers equips internacionals de més de 30 en el concurs d’innovacions de robòtica de la ruta de la seda a la Universitat Xi'an Jiaotong de Xi'an, Xina. Aquí teniu un enllaç a un vídeo de YouTube de FlowBot.

Aquesta instrucció només detalla com construir un PiCar. Si voleu que el codi d’exemple s’utilitzi amb el vostre PiCar, consulteu el nostre dipòsit de GitHub per accedir al codi d’exemple i a la documentació addicional.

Pas 1: llista de peces

Llista de peces:

• Motor sense escombretes i ESC (32,77 dòlars)
• Bateria (10,23 dòlars)
• Servomotor (6,15 dòlars)
• Rodes (28 dòlars; amb inserció i enganxades a la roda)
• Eix, 6 mm (19,38 dòlars)
• Adaptadors de rodes hexagonals (3,95 dòlars)
• Material gran (8,51 dòlars)
• Pinion Gear (5,49 dòlars)
• Rodaments de forat de 3 mm, diàmetre exterior de 8 mm (8,39 dòlars)
• Rodaments de forat de 2 mm, diàmetre exterior de 5 mm (9,98 dòlars)
• Rodaments d'eixos (30,68 dòlars)
• Cargols M3 i M2 (9,99 dòlars)
• Accés a una impressora 3D

Total: 176,00 dòlars

Opcional:

• Targeta de programació ESC (8,40 dòlars)

  Targeta de programació Turnigy TrackStar ESC

• Carregador de bateria (24,50 dòlars)

  Carregador de bateries Turnigy P403 LiPoly / LiFe AC / DC (endoll americà)

• Conjunt de claus Alan (9,12 dòlars)

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

• Controlador RC amb receptor (22,58 dòlars)

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

• Arduino (10,9 dòlars)

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

• Taula de pa (6,99 dòlars)

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

• Diversos cables (6,99 $)

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

Total: 89,48 dòlars

Les peces es van triar seguint tres criteris:

• Funcionalitat
• Accessibilitat
• Disponibilitat del full de dades

Les peces necessitaven un bon funcionament per tal que funcionessin com es desitgi i durin molt de temps. Cal comprar-los fàcilment en línia perquè altres persones puguin reproduir el PiCar. Això és important perquè el nostre laboratori fabricarà més cotxes en el futur i perquè volem que el cotxe estigui fàcilment disponible per a persones de tot el país. Les parts han de tenir fulls de dades perquè farem experiments amb el PiCar. A l’hora de realitzar experiments acadèmics, és important saber exactament què inclou l’equip que utilitzeu. Disposar de fulls de dades fa que l’experiment es pugui replicar.

Pas 2: accedir als models 3D

Com accedir als fitxers CAD allotjats a Onshape:

1. Aneu a

2. Si se us han proporcionat els detalls del compte, utilitzeu aquestes credencials per iniciar la sessió.

3. En cas contrari, creeu un compte nou. Un cop el compte estigui configurat i hàgiu iniciat la sessió, aneu a: https://cad.onshape.com/documents/79e37a701364950… per accedir al muntatge de vehicles Pi.

4. En obrir l'enllaç, accedireu al fitxer Pi Car Assembly tal com es veu a les imatges anteriors. Si utilitzeu les credencials proporcionades, tindreu accés d'edició a aquest conjunt i a tots els fitxers de peces. Si utilitzeu un compte d'usuari nou, podeu crear una còpia del conjunt i editar-lo d'aquesta manera.

5. Per aprendre Onshape, aneu a

6. La imatge anterior mostra com accedir a cada part, conjunt, subconjunt o dibuix.

7. La millor manera de comprovar les dimensions (distància o angle entre parts) és anar al dibuix de la peça o del conjunt respectiu. Abans de comprovar les dimensions, assegureu-vos de sincronitzar el dibuix amb el conjunt o la peça corresponent fent clic al botó d'actualització tal com es veu a la imatge anterior.

8. Per comprovar una dimensió concreta, utilitzeu l'eina de dimensió punt a punt, punt a línia, línia a línia, angle, etc. i feu clic en un parell de punts / línies, tal com es mostra a la part superior imatge.

Pas 3: descàrrega dels models 3D

Ara que teniu accés als models 3D, els heu de descarregar a la impressió 3D

9 parts que heu de descarregar:

• Final del xassís
• Enllaç base Ackermann
• Servocorn Ackermann

• Roda hexagonal de 12 mm

  (x2) Els dos costats són parts idèntiques

• Braç Ackermann

  (x2) Tant els costats esquerre com el dret; aquests fitxers són imatges reflectides entre si

• Ackermann pin link

  (x2) Els dos costats són parts idèntiques

1. Per descarregar les parts anteriors, aneu al conjunt PiCar principal a OnShape
2. Feu clic amb el botó dret a la part que voleu descarregar
3. Feu clic a exporta
4. Deseu el fitxer com a fitxer.stl
5. Repetiu aquests passos per desar els 9 fitxers com a fitxers.stl

Si teniu un problema en què no es poden descarregar els fitxers, podeu trobar els fitxers step o stl al nostre GitHub. A la pàgina principal, feu clic a hw, xassís i, finalment, stl_files o step_files.

Pas 4: Imprimiu 3D els fitxers. STL

Utilitzeu la impressora 3D que vulgueu per imprimir tots els fitxers.stl

La majoria d’impressions s’han d’imprimir amb suports, però he trobat que algunes d’elles imprimeixen millor sense elles. Us recomano que imprimiu els servoborns Ackermann, la roda hexagonal de 12 mm i els braços Ackermann en una impressió independent i sense suports. Això reduirà el temps total d'impressió i augmentarà la qualitat de les impressions.

Vaig imprimir totes les peces amb un 100% de farciment, però aquesta va ser una elecció personal. Si volguéssiu, podríeu arribar fins al 20% d’ompliment. Vaig decidir imprimir amb un farciment tan alt per intentar augmentar la resistència de les peces.

Les meves impressions es van ajustar a una alçada de capa de 0,1 mm. Vaig prendre aquesta decisió perquè la configuració predeterminada de la meva impressora 3D és de 0,1 mm. Recomanaria imprimir les peces entre 0,1 mm i 0,2 mm d'alçada de la capa.

Pas 5: introduïu els coixinets cap al sistema de fixació frontal imprès en 3D

Un coixinet de 3 mm entra a les dues parts impreses d’Ackermann Arm 3D

Haureu de poder empènyer els coixinets amb els dits. No obstant això, si es requereix més força, recomano prémer un objecte pla al coixinet per poder empènyer amb més força. Intenteu no utilitzar cap objecte punxant ni impactar bruscament sobre el coixinet.

Premeu dos coixinets de 2 mm a les dues parts del braç Ackermann

Premeu un coixinet de 2 mm a les dues parts Ackermann Pin Link

Consulteu les fotos per entendre cap a on van tots els rodaments. Ha de ser fàcil de saber, ja que els coixinets només passaran a un forat de mida correcta.

Pas 6: cargolar la banya del servo Ackermann al servo

Premeu la peça impresa 3D Ackermann Servo Horn a la part superior del servo.

El Servo Horn d’Akkermann hauria d’introduir-se directament. Si no és així, podeu tallar la punta del servo. Com podeu veure a la primera foto, vaig tallar la punta del servo per mostrar-vos com seria.

Utilitzeu un dels cargols que venien amb el vostre servo per cargolar el Servo Horn Ackermann al servo

Aquest pas és força senzill. El cargol garantirà que les peces estiguin connectades de manera fiable.

Pas 7: Connexió del conjunt de la roda davantera impresa en 3D

Connecteu les dues parts del braç Ackermann a Ackermann Base Link amb dos cargols i femelles M2

Utilitzeu el coixinet central per a aquest pas. Consulteu les fotos per veure on col·locar les parts del braç Ackermann. Els dos costats haurien de ser una imatge mirall l’un de l’altre.

Connecteu les dues parts Ackermann Pin Link a les parts del braç Ackermann mitjançant dos cargols i femelles M2.

El final del pin link d’Akkermann que NO té cap coixinet és el final que utilitzeu per fixar el braç Ackermann. Consulteu les fotos per obtenir una orientació correcta de les parts.

IMPORTANT: les parts esquerra i dreta Ackermann Pin Link es giren entre elles

Això significa que un extrem del coixinet hauria de surar per sobre de l’altre, tal com es veu a les fotos.

Pas 8: connecteu el servo al conjunt de la roda davantera

Amb un cargol i una femella M2, fixeu el servo al conjunt de la roda davantera

La banya de servo Ackermann va entre les dues parts Ackermann Pink Link. Consulteu les fotos per obtenir una orientació correcta de les parts.

Pas 9: connecteu les rodes al conjunt de la roda davantera

Inseriu les dues peces impreses en 3D de 12 mm de rodes hexagonals a les dues rodes

Aquesta peça impresa en 3D actua com a espaiador entre la roda i el cotxe. Això permet que els pneumàtics estiguin el més a prop possible del xassís mentre no es toquen.

Utilitzeu dos cargols i femelles M3 per fixar les dues rodes al conjunt de la roda davantera

El cap del cargol va per la part exterior de la roda i la femella per la part interior. Això completa el conjunt de la roda davantera.

Pas 10: munteu l'engranatge de pinyó a l'eix del motor

L’engranatge del pinyó s’ha de picar a l’eix del motor

Recomano utilitzar un martell de plàstic per no danyar les peces. Mantingueu el pinyó a prop de la vora de l’eix tal com es veu a la foto.

Pas 11: Tallar l'eix a la longitud

Talleu l'eix a 69 mm

L’eix de 6 mm de diàmetre fa 200 mm de longitud quan arriba de McMaster Carr. L'eix s'ha de tallar a 69 mm per a aquesta construcció.

Recomano utilitzar un Dremel amb un dispositiu de rectificat de disc rotatiu. Com que l’eix està fet d’acer inoxidable, es necessitaran uns quants minuts de trituració per tallar-lo al llarg. Vaig trigar poc més de 5 minuts a tallar el meu eix per a aquesta construcció. Recomano utilitzar el Dremel per tallar un xamfrà a l'extrem de l'eix. Això permetrà que els coixinets muntats i els engranatges estabilitzats tinguin més facilitat per lliscar.

Pas 12: Feu lliscar els coixinets muntats a l'eix

Els coixinets muntats s’han de lliscar a l’eix

Es comença a construir el conjunt de la roda posterior

Pas 13: munteu l’engranatge espiral a l’eix

Feu lliscar l’engranatge d’esperó al costat dret de l’eix

Assegureu-vos que el cargol de bloqueig estigui a la cara interior de l'engranatge.

Amb la clau Allen proporcionada, cargoleu el cargol de bloqueig fins que quedi ben ajustat contra l'eix

Potser és millor mantenir el cargol de bloqueig solt per ara i apretar-lo completament més tard. D’aquesta manera s’assegurarà que les dents de l’engranatge d’esperó s’uneixen bé amb l’engranatge del pinyó.

Pas 14: poseu adaptadors hexagonals a 2 rodes

Cargoleu els dos adaptadors de rodes hexagonals a les rodes mitjançant els cargols proporcionats.

Assegureu-vos que els cargols estiguin ben ajustats.

Pas 15: fixeu les rodes i els coixinets del bloc de coixí a l'eix

Feu lliscar les dues rodes cap als extrems de l'eix

Estrenyiu els cargols de bloqueig perquè les rodes quedin fixades al seu lloc

Pas 16: muntar el motor sense escombretes al xassís

Munteu el motor al xassís mitjançant tres cargols M2.

És útil per a més endavant si orienteu els cables de manera que estiguin orientats cap a l'interior del xassís.

Pas 17: munteu el conjunt de la roda posterior al xassís

Munteu el conjunt de la roda posterior al xassís mitjançant quatre cargols i femelles M3.

Assegureu-vos que l’engranatge i el pinyó estiguin alineats i que les seves dents entriguin bé.

Si les dents no s’engranen bé, afluixeu el cargol de bloqueig de l’engranatge d’esperó. Moveu l’engranatge d’esperó al llarg de l’eix fins que engraneixi amb l’engranatge del pinyó.

Pas 18: connecteu el conjunt de la roda davantera al xassís

Munteu el conjunt de la roda davantera al xassís mitjançant quatre cargols i femelles M3.

Introduïu el servo a la caixa de servo rectangular del xassís.

Pas 19: connecteu l'ESC al motor sense escombretes

Connecteu els cables del mateix color al motor als cables de l’ESC

Aquests cables proporcionen energia al motor. El motor és un motor sense escombretes, el que significa que és accionat per corrent altern en tres conjunts de bobines. L'ESC decideix quan canviar el corrent en funció del senyal pwm que obtingui del seu cable d'informació.

Pas 20: connecteu els cables d'informació de l'ESC i del motor al receptor

Assegureu-vos que el positiu i el sòl estiguin a la ubicació correcta del receptor. És molt important que els cables positius (vermells) estiguin tots a la mateixa fila.

Consulteu el manual d'usuari del controlador RC per determinar a quina ubicació cal anar cadascun dels cables. Per al meu controlador, el cable servo és al canal un mentre que el cable ESC és al canal dos.

Pas 21: alimenteu-ho tot amb la bateria LiPo i proveu-lo amb el controlador RC

Connecteu la bateria LiPo a l’ESC per alimentar tot el sistema Ara podeu controlar el cotxe amb el controlador RC. Comproveu que tot el sistema funciona tal com es pretenia.

És possible que hagueu d’ajustar el servo perquè el cotxe circuli recte. La majoria de controladors RC us permeten ajustar aquest angle. També podeu ajustar fins a quin punt gireu la roda fins que arrenca el cotxe. Us recomano llegir el manual del propietari del controlador RC per comprendre les seves funcions.