PiCar: Budování autonomní automobilové platformy: 21 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Tento Instructable podrobně popisuje kroky potřebné k sestavení PiCar

Co je PiCar?

PiCar je otevřená platforma autonomních automobilů. Samo o sobě není autonomní, ale můžete snadno přidat senzory pro ovládání vozu pomocí Arduino nebo Raspberry Pi.

Proč používat PiCar místo RC auta?

Používání PiCaru je velmi podobné používání RC auta jako platformy. PiCar vám však dává větší kontrolu a lze jej snadněji upravit než RC auto. Podvozek pro PiCar je vytištěn 3D a 3D model můžete snadno upravit, abyste v případě potřeby přidali v autě více místa. Všechny díly jsou navíc snadno dostupné online nebo je lze vytisknout ve 3D.

Kdo vyrobil PiCar?

PiCar byl navržen na Washingtonské univerzitě v St. Louis v laboratoři Humberta Gonzaleze a Silvie Zhang. Vůz byl navržen v květnu 2017 a v červnu byl přihlášen do robotické soutěže. PiCar se umístil v první desítce z 30+ mezinárodních týmů v soutěži Innovations Silk Road Robotics Competition na Xi'an Jiaotong University v Xi'an, Čína. Zde je odkaz na video FlowBot na YouTube.

Tento návod pouze podrobně popisuje, jak sestavit PiCar. Pokud chcete, aby byl s vaším PiCarem použit ukázkový kód, nahlédněte do našeho úložiště GitHub, kde najdete přístup k ukázkovému kódu a další dokumentaci.

Krok 1: Seznam dílů

Seznam dílů:

• Bezkartáčový motor a ESC (32,77 $)
• Baterie (10,23 $)
• Servomotor (6,15 USD)
• Kola (28 $; s vložkou a přilepená na kolo)
• Náprava, 6 mm (19,38 USD)
• Adaptéry se šestihranným kolem (3,95 USD)
• Velký převod (8,51 $)
• Pastorek (5,49 USD)
• 3 mm ložiska, 8 mm vnější průměr (8,39 USD)
• 2 mm ložiska, 5 mm vnější průměr (9,98 USD)
• Ložiska nápravy (30,68 USD)
• Šrouby M3 a M2 (9,99 USD)
• Přístup k 3D tiskárně

Celkem: 176,00 $

Volitelný:

• Programovací karta ESC (8,40 $)

  Programovací karta Turnigy TrackStar ESC

• Nabíječka baterií (24,50 USD)

  Turnigy P403 LiPoly / LiFe AC / DC nabíječka baterií (US Plug)

• Sada klíčů Alan (9,12 $)

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

• RC ovladač s přijímačem (22,58 $)

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

• Arduino (10,9 $)

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

• Bread Board (6,99 $)

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

• Různé dráty (6,99 $)

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

Celkem: 89,48 $

Díly byly vybrány pomocí tří kritérií:

• Funkčnost
• Přístupnost
• Dostupnost datového listu

Díly musely dobře fungovat, aby fungovaly podle potřeby a dlouho vydržely. Je třeba je snadno zakoupit online, aby ostatní lidé mohli replikovat PiCar. To je důležité, protože naše laboratoř bude v budoucnu vyrábět více aut a protože chceme, aby bylo auto snadno dostupné lidem po celé zemi. Díly musí mít datové listy, protože budeme provádět experimenty s PiCar. Při provádění akademických experimentů je důležité přesně vědět, co jde do zařízení, které používáte. Díky datovým listům je experiment replikovatelný.

Krok 2: Přístup k 3D modelům

Jak přistupovat k souborům CAD hostovaným na Onshape:

1. Přejděte na

2. Pokud vám byly poskytnuty podrobnosti o účtu, použijte tyto přihlašovací údaje k přihlášení.

3. Jinak si vytvořte nový účet. Jakmile je váš účet nastaven a jste přihlášeni, přejděte na: https://cad.onshape.com/documents/79e37a701364950…, abyste získali přístup k automobilovému shromáždění Pi.

4. Otevřením odkazu se dostanete k souboru Pi Car Assembly, jak je vidět na výše uvedených obrázcích. Pokud používáte poskytnutá pověření, budete mít přístup k „úpravám“k tomuto sestavení a všem souborům dílu. Pokud používáte nový uživatelský účet, můžete vytvořit kopii sestavy a upravit ji tímto způsobem.

5. Chcete-li se naučit Onshape, přejděte na

6. Výše uvedený obrázek ukazuje, jak přistupovat ke každému dílu, sestavě, podsestavě nebo výkresu.

7. Nejlepší způsob, jak zkontrolovat rozměry (vzdálenost nebo úhel mezi díly), je přejít na výkres příslušné součásti nebo sestavy. Před kontrolou rozměrů se ujistěte, že jste synchronizovali kresbu s odpovídající sestavou nebo částí kliknutím na tlačítko aktualizace, jak je vidět na výše uvedeném obrázku.

8. Chcete-li zkontrolovat konkrétní kótu, použijte kótovací nástroj bod-bod, bod-čára, čára-čára, úhel atd. A klikněte na dvojici bodů/čar, jak je znázorněno výše obraz.

Krok 3: Stažení 3D modelů

Nyní, když máte přístup k 3D modelům, je musíte stáhnout do 3D tisku

9 částí, které musíte stáhnout:

• Podvozek Final
• Ackermannův základní odkaz
• Servo roh Ackermanna

• Šestihran kola 12 mm

  (x2) Obě strany jsou identické části

• Ackermannova paže

  (x2) Levá i pravá strana; tyto soubory jsou navzájem zrcadlovými obrazy

• Odkaz na pin Ackermanna

  (x2) Obě strany jsou identické části

1. Chcete -li stáhnout výše uvedené části, přejděte na hlavní sestavu PiCar v systému OnShape
2. Klikněte pravým tlačítkem na část, kterou chcete stáhnout
3. Klikněte na export
4. Uložte soubor jako soubor.stl
5. Chcete -li uložit všech 9 souborů jako soubory.stl, opakujte tyto kroky

Pokud narazíte na problém, kdy se soubory nedají stáhnout, můžete krokové soubory nebo STL soubory najít na našem GitHubu. Na hlavní stránce klikněte na hw, podvozek a nakonec stl_files nebo step_files.

Krok 4: 3D tisk souborů. STL

K vytištění všech souborů.stl použijte zvolenou 3D tiskárnu

Většinu výtisků je třeba tisknout s podporou, ale zjistil jsem, že několik z nich tiskne lépe bez nich. Doporučuji vytisknout servo houkačku Ackermann, šestihran kola 12 mm a ramena Ackermanna v samostatném tisku a bez podpěr. Tím se sníží celková doba tisku a zvýší se kvalita výtisků.

Vytiskl jsem všechny díly se 100% výplní, ale toto byla osobní volba. Pokud chcete, můžete jít až o 20%. Ve snaze zvýšit pevnost dílů jsem se rozhodl tisknout s tak vysokou výplní.

Moje výtisky byly nastaveny na výšku vrstvy 0,1 mm. Rozhodl jsem se proto, že pro moji 3D tiskárnu je výchozí nastavení 0,1 mm. Doporučuji vytisknout díly mezi výškou vrstvy 0,1 mm až 0,2 mm.

Krok 5: Zatlačte ložiska do systému 3D tištěného předního vyvažování

Do obou 3D tištěných dílů Ackermann Arm jde ložisko 3 mm

Měli byste být schopni zatlačit ložiska pomocí prstů. Pokud je však požadována větší síla, doporučuji zatlačit plochý předmět do ložiska, abyste mohli tlačit větší silou. Snažte se nepoužívat ostré předměty ani prudce nenarazit na ložisko.

Zatlačte dvě 2 mm ložiska do obou částí ramene Ackermann

Zatlačte 2 mm ložisko do obou částí Ackermann Pin Link

Podívejte se na fotografie, abyste pochopili, kam směřují všechna ložiska. Mělo by to být snadno rozpoznatelné, protože ložiska se dostanou pouze do otvoru správné velikosti.

Krok 6: Na servo přišroubujte klakson Ackermann Servo

Zatlačte 3D tištěnou část servopohonu Ackermann na horní část serva.

Servo houkačka Ackermanna by měla zaklapnout. Pokud ne, můžete uříznout špičku serva. Jak vidíte na první fotografii, odřízl jsem špičku svého serva, abych vám ukázal, jak by to vypadalo.

Pomocí jednoho ze šroubů, které jste obdrželi se svým servem, našroubujte servo houkačku Ackermann na servo

Tento krok je docela přímočarý. Šroub zajistí, že díly budou spolehlivě spojeny.

Krok 7: Připojení sestavy předního kola s 3D tiskem

Připojte dva díly ramene Ackermanna k základně Ackermann pomocí dvou šroubů a matic M2

K tomuto kroku použijte středové ložisko. Na fotografiích se dozvíte, kam připevnit díly Ackermann Arm. Obě strany by měly být navzájem zrcadlovým obrazem.

Připojte dva díly Ackermann Pin Link k částem Ackermann Arm pomocí dvou šroubů a matic M2.

Konec čepu Ackermann Pin, který NEMÁ ložisko, je konec, který používáte k připevnění ramene Ackermanna. Správnou orientaci dílů najdete na fotografiích.

DŮLEŽITÉ: Levá a pravá část Ackermann Pin Link jsou vzájemně překlopeny

To znamená, že jeden konec ložiska by měl plavat nad druhým, jak je vidět na fotografiích.

Krok 8: Připojte servo k sestavě předního kola

Pomocí šroubu a matice M2 připevněte servo k sestavě předního kola

Servo houkačka Ackermann prochází mezi dvěma částmi Ackermann Pink Link. Podívejte se na fotografie, abyste získali správnou orientaci částí.

Krok 9: Připojte kola k sestavě předního kola

Vložte do dvou koleček dva 3D Hex 12mm 3D tištěné díly

Tato 3D vytištěná část funguje jako mezikus mezi kolem a autem. To umožňuje pneumatikám být co nejblíže podvozku a přitom se nedotýkat.

Pomocí dvou šroubů a matic M3 připevněte dvě kola k sestavě předního kola

Hlava šroubu je na vnější straně kola a matice na vnitřní straně. Tím je sestava předního kola dokončena.

Krok 10: Namontujte pastorek na hřídel motoru

Pastorek musí být zatlučen na hřídel motoru

Doporučuji použít plastové kladivo, abyste nepoškodili díly. Udržujte pastorek blízko okraje hřídele, jak je vidět na fotografii.

Krok 11: Ořízněte osu na délku

Ořízněte nápravu na 69 mm

Náprava o průměru 6 mm je dlouhá 200 mm, když dorazí z McMaster Carr. Náprava musí být u této konstrukce zkrácena na 69 mm.

Doporučuji použít Dremel s nástavcem rotační kotoučové brusky. Protože je náprava vyrobena z nerezové oceli, bude její broušení trvat několik minut broušení. Trvalo mi jen něco málo přes 5 minut, než jsem u této stavby uřízl axel. Doporučuji použít Dremel k vyříznutí zkosení na konec osy. To umožní snadnější nasazení ložisek a čelního ozubeného kola.

Krok 12: Kluzná ložiska na nápravu

Namontovaná ložiska je třeba nasunout na nápravu

Tím se začíná stavět sestava zadního kola

Krok 13: Namontujte čelní ozubené kolo na nápravu

Nasuňte čelní ozubené kolo na pravou stranu nápravy

Ujistěte se, že je pojistný šroub na vnitřní straně převodu.

Pomocí přiloženého imbusového klíče zašroubujte pojistný šroub tak, aby těsně přiléhal k nápravě

Možná bude zatím nejlepší nechat pojistný šroub uvolněný a později jej úplně utáhnout. Tím se zajistí, že zuby čelního ozubeného kola dobře zapadnou do pastorku.

Krok 14: Připevněte šestihranné adaptéry na 2 kola

Pomocí dodaných šroubů našroubujte dva šestihranné adaptéry na kola.

Ujistěte se, že jsou šrouby zcela utažené.

Krok 15: Připojte kola a ložiska ložiskového bloku k nápravě

Nasuňte obě kola na oba konce nápravy

Utáhněte zajišťovací šrouby tak, aby byla kola upevněna na svém místě

Krok 16: Namontujte střídavý motor na podvozek

Namontujte motor na podvozek pomocí tří šroubů M2.

Pro pozdější použití je užitečné, když vodiče orientujete tak, aby směřovaly dovnitř šasi.

Krok 17: Namontujte sestavu zadního kola na podvozek

Namontujte sestavu zadního kola na podvozek pomocí čtyř šroubů a matic M3.

Ujistěte se, že čelní ozubené kolo a pastorek jsou vyrovnány a že jejich zuby dobře zapadají.

Pokud zuby dobře nesedí, povolte pojistný šroub na čelním ozubeném kole. Pohybujte čelním kolem podél nápravy, dokud nebude v záběru s pastorkem.

Krok 18: Připevněte sestavu předního kola k podvozku

Namontujte sestavu předního kola na podvozek pomocí čtyř šroubů a matic M3.

Nasaďte servo do obdélníkového servo boxu v šasi.

Krok 19: Připojte ESC k bezkartáčovému motoru

Připojte stejně barevné vodiče na motoru k vodičům na ESC

Tyto vodiče zajišťují napájení motoru. Motor je bezkartáčový motor, což znamená, že je poháněn střídavým proudem ve třech sadách cívek. ESC rozhoduje, kdy změnit proud v závislosti na signálu pwm, který získává z informačního kabelu.

Krok 20: Připojte informační kabely ESC a motoru k přijímači

Ujistěte se, že kladný a zemnící vodič jsou na správném místě pro váš přijímač. Je velmi důležité, aby kladné (červené) vodiče byly ve stejné řadě.

V uživatelské příručce k vašemu ovladači RC určete, kam musí každý z kabelů směřovat. U mého ovladače je servo kabel v kanálu jeden, zatímco kabel ESC je v kanálu dva.

Krok 21: Napájejte vše pomocí baterie LiPo a testujte pomocí ovladače RC

Připojte LiPo baterii k ESC a napájejte celý systém Nyní můžete ovládat auto pomocí svého RC ovladače. Otestujte, zda celý systém funguje tak, jak měl.

Možná budete muset upravit servo, aby auto jelo rovně. Většina ovladačů RC vám umožňuje vyladit tento úhel. Můžete také naladit, jak daleko otočíte volantem, dokud auto nenastartuje. Doporučuji přečíst si návod k obsluze vašeho RC ovladače, abyste porozuměli jeho různým funkcím.