PiCar: Χτίζοντας μια αυτόνομη πλατφόρμα αυτοκινήτου: 21 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Αυτό το Instructable περιγράφει λεπτομερώς τα βήματα που απαιτούνται για τη δημιουργία ενός PiCar

Τι είναι το PiCar;

Το PiCar είναι μια πλατφόρμα αυτόνομων αυτοκινήτων ανοιχτής πηγής. Δεν είναι αυτόνομο από μόνο του, αλλά μπορείτε εύκολα να προσθέσετε αισθητήρες για τον έλεγχο του αυτοκινήτου με Arduino ή Raspberry Pi.

Γιατί να χρησιμοποιήσω το PiCar αντί για αυτοκίνητο RC;

Η χρήση του PiCar μοιάζει πολύ με τη χρήση ενός αυτοκινήτου RC ως πλατφόρμας. Ωστόσο, το PiCar σας δίνει περισσότερο έλεγχο και είναι ευκολότερο να τροποποιηθεί από ένα αυτοκίνητο RC. Το πλαίσιο για το PiCar είναι 3D εκτυπωμένο και μπορείτε εύκολα να επεξεργαστείτε το μοντέλο 3D για να προσθέσετε περισσότερο χώρο στο αυτοκίνητο, εάν χρειάζεται. Επιπλέον, όλα τα μέρη είτε είναι εύκολα διαθέσιμα στο διαδίκτυο είτε μπορούν να εκτυπωθούν 3D.

Ποιος έφτιαξε το PiCar;

Το PiCar σχεδιάστηκε στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις στο εργαστήριο των Χουμπέρτο Γκονζάλες και Σίλβια Ζανγκ. Το αυτοκίνητο σχεδιάστηκε τον Μάιο του 2017 και συμμετείχε σε διαγωνισμό ρομποτικής τον Ιούνιο. Το PiCar μπήκε στην πρώτη δεκάδα από 30+ διεθνείς ομάδες στον διαγωνισμό καινοτομιών Silk Road Robotics Innovations στο Xi'an Jiaotong University στο Xi'an της Κίνας. Ακολουθεί ένας σύνδεσμος για ένα βίντεο YouTube του FlowBot.

Αυτό το διδακτικό περιγράφει μόνο πώς να φτιάξετε ένα PiCar. Εάν θέλετε να χρησιμοποιηθεί παράδειγμα κώδικα με το PiCar, ανατρέξτε στο αποθετήριο GitHub για να αποκτήσετε πρόσβαση στον παράδειγμα κώδικα και στην πρόσθετη τεκμηρίωση.

Βήμα 1: Λίστα μερών

Λίστα μερών:

• Κινητήρας χωρίς ψήκτρες και ESC (32,77 $)
• Μπαταρία (10,23 $)
• Servo Motor (6,15 $)
• Τροχοί ($ 28, με ένθετο και κολλημένο στον τροχό)
• Άξονας, 6mm (19,38 $)
• Προσαρμογείς Hex Wheel (3,95 $)
• Large Gear (8,51 $)
• Pinion Gear ($ 5,49)
• Ρουλεμάν 3 mm, Εξωτερική διάμετρος 8 mm (8,39 $)
• Ρουλεμάν 2 mm, Εξωτερική διάμετρος 5 mm (9,98 $)
• Ρουλεμάν αξόνων ($ 30,68)
• Βίδες M3 και M2 (9,99 $)
• Πρόσβαση σε τρισδιάστατο εκτυπωτή

Σύνολο: $ 176,00

Προαιρετικός:

• Κάρτα προγραμματισμού ESC (8,40 $)

  Κάρτα προγραμματισμού Turnigy TrackStar ESC

• Φορτιστής μπαταρίας (24,50 $)

  Φορτιστής μπαταρίας Turnigy P403 LiPoly / LiFe AC / DC (βύσμα ΗΠΑ)

• Σετ κλειδιού Alan (9,12 $)

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

• RC Controller with Receiver ($ 22.58)

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

• Arduino ($ 10,9)

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

• Πίνακας ψωμιού (6,99 $)

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

• Διάφορα καλώδια (6,99 $)

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

Σύνολο: 89,48 $

Τα μέρη επιλέχθηκαν με τρία κριτήρια:

• Λειτουργικότητα
• Προσιτότητα
• Διαθεσιμότητα φύλλου δεδομένων

Τα μέρη χρειάζονταν για να λειτουργήσουν καλά έτσι ώστε να λειτουργούν όπως επιθυμείτε και να διαρκούν πολύ. Πρέπει να αγοραστούν εύκολα στο διαδίκτυο, έτσι ώστε άλλα άτομα να μπορούν να αναπαράγουν το PiCar. Αυτό είναι σημαντικό γιατί το εργαστήριό μας θα παράγει περισσότερα αυτοκίνητα στο μέλλον και επειδή θέλουμε το αυτοκίνητο να είναι άμεσα διαθέσιμο σε ανθρώπους σε όλη τη χώρα. Τα μέρη πρέπει να έχουν φύλλα δεδομένων επειδή θα εκτελέσουμε πειράματα με το PiCar. Κατά την εκτέλεση ακαδημαϊκών πειραμάτων, είναι σημαντικό να γνωρίζετε ακριβώς τι ισχύει για τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείτε. Η κατοχή φύλλων δεδομένων καθιστά το πείραμα αντιγράψιμο.

Βήμα 2: Πρόσβαση στα τρισδιάστατα μοντέλα

Πώς να αποκτήσετε πρόσβαση στα αρχεία CAD που φιλοξενούνται στο Onshape:

1. Μεταβείτε στη διεύθυνση

2. Εάν σας έχουν δοθεί τα στοιχεία του λογαριασμού, χρησιμοποιήστε αυτά τα διαπιστευτήρια για να συνδεθείτε.

3. Διαφορετικά, δημιουργήστε έναν νέο λογαριασμό. Μόλις ρυθμιστεί ο λογαριασμός σας και συνδεθείτε, μεταβείτε στη διεύθυνση: https://cad.onshape.com/documents/79e37a701364950… για πρόσβαση στη Pi Car Assembly.

4. Το άνοιγμα του συνδέσμου θα σας οδηγήσει στο αρχείο Pi Car Assembly όπως φαίνεται στις παραπάνω εικόνες. Εάν χρησιμοποιείτε τα διαπιστευτήρια που παρέχονται, θα έχετε πρόσβαση "επεξεργασίας" σε αυτήν τη διάταξη και σε όλα τα αρχεία μέρους. Εάν χρησιμοποιείτε νέο λογαριασμό χρήστη, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα αντίγραφο της διάταξης και να το επεξεργαστείτε με αυτόν τον τρόπο.

5. Για να μάθετε το Onshape, μεταβείτε στη διεύθυνση

6. Η παραπάνω εικόνα δείχνει τον τρόπο πρόσβασης σε κάθε τμήμα, συγκρότημα, υποσύνολο ή σχέδιο.

7. Ο καλύτερος τρόπος για να ελέγξετε τις διαστάσεις (απόσταση ή γωνία μεταξύ των τμημάτων) είναι να μεταβείτε στο σχέδιο του αντίστοιχου τμήματος ή της διάταξης. Πριν ελέγξετε τις διαστάσεις, βεβαιωθείτε ότι έχετε συγχρονίσει το σχέδιο με την αντίστοιχη διάταξη ή τμήμα του κάνοντας κλικ στο κουμπί ενημέρωσης όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα.

8. Για να ελέγξετε μια συγκεκριμένη ιδιότητα, χρησιμοποιήστε το εργαλείο διάστασης σημείο προς σημείο, σημείο προς γραμμή, γραμμή προς γραμμή, γωνία κ.λπ. και κάντε κλικ σε ένα ζεύγος σημείων/γραμμών, όπως φαίνεται στο παραπάνω εικόνα.

Βήμα 3: Λήψη των τρισδιάστατων μοντέλων

Τώρα που έχετε πρόσβαση στα τρισδιάστατα μοντέλα, πρέπει να τα κατεβάσετε σε τρισδιάστατη εκτύπωση

9 μέρη που πρέπει να κατεβάσετε:

• Τελικός πλαισίου
• Σύνδεσμος βάσης Ackermann
• Σέρβο κέρατο Ackermann

• Εξάγωνο τροχός 12mm

  (x2) Και οι δύο πλευρές είναι πανομοιότυπα μέρη

• Μπράτσο του Άκερμαν

  (x2) Τόσο στην αριστερή όσο και στη δεξιά πλευρά. αυτά τα αρχεία είναι καθρέφτες μεταξύ τους

• Σύνδεσμος pin Ackermann

  (x2) Και οι δύο πλευρές είναι πανομοιότυπα μέρη

1. Για να κατεβάσετε τα παραπάνω μέρη, μεταβείτε στην κύρια συνέλευση PiCar στο OnShape
2. Κάντε δεξί κλικ στο τμήμα που θέλετε να κατεβάσετε
3. Κάντε κλικ στην εξαγωγή
4. Αποθηκεύστε το αρχείο ως αρχείο.stl
5. Επαναλάβετε αυτά τα βήματα για να αποθηκεύσετε και τα 9 αρχεία ως αρχεία.stl

Αν αντιμετωπίσετε ένα πρόβλημα στο οποίο δεν είναι δυνατή η λήψη των αρχείων, μπορείτε να βρείτε τα βήματα ή τα αρχεία stl στο GitHub. Από την κύρια σελίδα κάντε κλικ στην επιλογή hw, chassis και τέλος stl_files ή step_files.

Βήμα 4: Τρισδιάστατη εκτύπωση των αρχείων. STL

Χρησιμοποιήστε τον εκτυπωτή 3D της επιλογής σας για να εκτυπώσετε όλα τα αρχεία.stl

Οι περισσότερες εκτυπώσεις πρέπει να εκτυπώνονται με υποστηρίγματα, αλλά διαπίστωσα ότι μερικές από αυτές εκτυπώνουν καλύτερα χωρίς αυτές. Σας συνιστώ να εκτυπώσετε τα σερβοκόρνα Ackermann, εξάγωνο τροχού 12mm και βραχίονα Ackermann σε ξεχωριστή εκτύπωση και χωρίς στηρίγματα. Αυτό θα μειώσει τον συνολικό χρόνο εκτύπωσης και θα αυξήσει την ποιότητα των εκτυπώσεων.

Τύπωσα όλα τα μέρη με 100% πλήρωση, αλλά αυτό ήταν προσωπική επιλογή. Εάν θέλετε, μπορείτε να φτάσετε έως και 20%. Αποφάσισα να εκτυπώσω με τόσο υψηλή συμπλήρωση σε μια προσπάθεια να αυξήσω τη δύναμη των εξαρτημάτων.

Οι εκτυπώσεις μου είχαν οριστεί σε ύψος στρώματος 0,1 mm. Πήρα αυτήν την απόφαση επειδή 0,1 mm είναι η προεπιλεγμένη ρύθμιση για τον τρισδιάστατο εκτυπωτή μου. Θα συνιστούσα την εκτύπωση των εξαρτημάτων μεταξύ 0,1 mm και 0,2 mm ύψους στρώσης.

Βήμα 5: Σπρώξτε τα ρουλεμάν σε τρισδιάστατο εκτυπωμένο σύστημα μπροστινού πηδαλίου

Ένα ρουλεμάν 3 mm μπαίνει και στα δύο τρισδιάστατα μέρη του Ackermann Arm

Θα πρέπει να μπορείτε να πιέζετε τα ρουλεμάν χρησιμοποιώντας τα δάχτυλά σας. Ωστόσο, εάν απαιτείται περισσότερη δύναμη, συνιστώ να πιέσετε ένα επίπεδο αντικείμενο στο ρουλεμάν, ώστε να μπορείτε να πιέσετε με περισσότερη δύναμη. Προσπαθήστε να μην χρησιμοποιήσετε αιχμηρό αντικείμενο ή μην χτυπήσετε απότομα το ρουλεμάν.

Πιέστε δύο ρουλεμάν 2 mm και στα δύο μέρη του βραχίονα Ackermann

Πιέστε ένα ρουλεμάν 2 mm και στα δύο μέρη του Ackermann Pin Link

Ανατρέξτε στις φωτογραφίες για να καταλάβετε πού πηγαίνουν όλα τα ρουλεμάν. Θα πρέπει να είναι εύκολο να το πείτε, καθώς τα ρουλεμάν θα μπουν μόνο σε μια σωστή διάμετρο.

Βήμα 6: Βιδώστε το Ackermann Servo Horn Onto Servo

Πιέστε το τμήμα εκτύπωσης Ackermann Servo Horn 3D στην κορυφή του σερβο.

Το Ackermann Servo Horn πρέπει να ασφαλίσει αμέσως. Εάν δεν το κάνετε, μπορείτε να κόψετε την άκρη του σερβο. Όπως μπορείτε να δείτε στην πρώτη φωτογραφία, έκοψα την άκρη του σερβο για να σας δείξω πώς θα ήταν αυτό.

Χρησιμοποιήστε μία από τις βίδες που συνοδεύει το σερβο σας για να βιδώσετε το Ackermann Servo Horn στο σερβο

Αυτό το βήμα είναι αρκετά απλό. Η βίδα θα διασφαλίσει ότι τα μέρη είναι αξιόπιστα συνδεδεμένα.

Βήμα 7: Σύνδεση τρισδιάστατης εκτυπωμένης διάταξης μπροστινού τροχού

Συνδέστε τα δύο μέρη του βραχίονα Ackermann στον σύνδεσμο βάσης Ackermann με δύο βίδες και παξιμάδια M2

Χρησιμοποιήστε το κεντρικό ρουλεμάν για αυτό το βήμα. Ανατρέξτε στις φωτογραφίες για να δείτε πού να στερεώσετε τα μέρη του βραχίονα Ackermann. Οι δύο πλευρές θα πρέπει να είναι καθρέφτη η μία της άλλης.

Συνδέστε τα δύο εξαρτήματα σύνδεσης Ackermann Pin Link στα μέρη του βραχίονα Ackermann χρησιμοποιώντας δύο βίδες και παξιμάδια M2.

Το τέλος του Ackermann Pin Link που ΔΕΝ έχει ρουλεμάν είναι το τέλος που χρησιμοποιείτε για να στερεώσετε τον βραχίονα Ackermann. Ανατρέξτε στις φωτογραφίες για να έχετε σωστό προσανατολισμό των εξαρτημάτων.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ: Το αριστερό και το δεξιό τμήμα Ackermann Pin Link αναστρέφονται μεταξύ τους

Αυτό σημαίνει ότι το ένα έδρανο πρέπει να επιπλέει πάνω από το άλλο, όπως φαίνεται στις φωτογραφίες.

Βήμα 8: Συνδέστε το Servo στη διάταξη μπροστινού τροχού

Χρησιμοποιώντας μια βίδα και παξιμάδι M2, συνδέστε το σερβιτόρο στο συγκρότημα του μπροστινού τροχού

Το σερβο κόρνα Ackermann περνά μεταξύ των δύο τμημάτων Ackermann Pink Link. Ανατρέξτε στις φωτογραφίες για να έχετε σωστό προσανατολισμό των εξαρτημάτων.

Βήμα 9: Συνδέστε τους τροχούς στη διάταξη μπροστινού τροχού

Τοποθετήστε τα δύο τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη Wheel Hex 12mm στους δύο τροχούς

Αυτό το τρισδιάστατο κομμάτι λειτουργεί ως αποστάτης μεταξύ του τροχού και του αυτοκινήτου. Αυτό επιτρέπει στα ελαστικά να βρίσκονται όσο το δυνατόν πιο κοντά στο πλαίσιο ενώ δεν αγγίζουν ακόμα.

Χρησιμοποιήστε δύο βίδες και παξιμάδια M3 για να συνδέσετε τους δύο τροχούς στο συγκρότημα του μπροστινού τροχού

Η κεφαλή της βίδας πηγαίνει στο εξωτερικό του τροχού και το παξιμάδι πηγαίνει στο εσωτερικό. Αυτό ολοκληρώνει τη διάταξη του μπροστινού τροχού.

Βήμα 10: Τοποθετήστε το γρανάζι του γραναζιού στον άξονα του κινητήρα

Το γρανάζι πρέπει να σφυρηλατηθεί στον άξονα του κινητήρα

Προτείνω να χρησιμοποιήσετε ένα πλαστικό σφυρί για να μην καταστρέψετε τα μέρη. Κρατήστε το γρανάζι κοντά στην άκρη του άξονα όπως φαίνεται στη φωτογραφία.

Βήμα 11: Κόψτε άξονα σε μήκος

Κόψτε τον άξονα στα 69 mm

Ο άξονας διαμέτρου 6 mm έχει μήκος 200 mm όταν φτάνει από το McMaster Carr. Ο άξονας πρέπει να κοπεί στα 69 mm για αυτήν την κατασκευή.

Σας συνιστώ να χρησιμοποιήσετε ένα Dremel με ένα περιστροφικό εξάρτημα τριβής δίσκου. Δεδομένου ότι ο άξονας είναι κατασκευασμένος από ανοξείδωτο χάλυβα, θα χρειαστούν αρκετά λεπτά λείανσης για να κοπεί σε μήκος. Μου πήρε λίγο περισσότερο από 5 λεπτά για να κόψω τον άξονά μου για αυτήν την κατασκευή. Σας συνιστώ να χρησιμοποιήσετε το Dremel για να κόψετε μια λοξοτομή στο τέλος του άξονα. Αυτό θα επιτρέψει στα τοποθετημένα ρουλεμάν και τα γρανάζια να κινούνται ευκολότερα.

Βήμα 12: Ρυθμιζόμενα ρουλεμάν προς τον άξονα

Τα τοποθετημένα ρουλεμάν πρέπει να γλιστρήσουν στον άξονα

Αρχίζει η κατασκευή του συγκροτήματος του πίσω τροχού

Βήμα 13: Mount Spur Gear Onto Axle

Σύρετε το γρανάζι στη δεξιά πλευρά του άξονα

Βεβαιωθείτε ότι η βίδα ασφάλισης βρίσκεται στην εσωτερική πλευρά του γραναζιού.

Χρησιμοποιώντας το παρεχόμενο κλειδί αλέν, βιδώστε τη βίδα ασφάλισης μέχρι να σφίξει στον άξονα

Mightσως είναι καλύτερο να κρατήσετε τη βίδα ασφάλισης χαλαρή προς το παρόν και να τη σφίξετε πλήρως αργότερα. Αυτό θα διασφαλίσει ότι τα δόντια του οδοντωτού τροχού θα συνδυάζονται καλά με το γρανάζι.

Βήμα 14: Συνδέστε Hex Adapters σε 2 Τροχούς

Βιδώστε τους δύο εξαγωνικούς προσαρμογείς τροχών στους τροχούς χρησιμοποιώντας τις παρεχόμενες βίδες.

Βεβαιωθείτε ότι οι βίδες έχουν σφίξει πλήρως.

Βήμα 15: Συνδέστε Ρόδες και ρουλεμάν με μαξιλαροθήκη στον άξονα

Σύρετε και τους δύο τροχούς σε κάθε άκρο του άξονα

Σφίξτε τις βίδες ασφάλισης έτσι ώστε οι τροχοί να είναι στερεωμένοι στη θέση τους

Βήμα 16: Τοποθετήστε κινητήρα χωρίς ψήκτρες στο πλαίσιο

Τοποθετήστε τον κινητήρα στο πλαίσιο χρησιμοποιώντας τρεις βίδες Μ2.

Είναι χρήσιμο για αργότερα αν προσανατολίζετε τα καλώδια έτσι ώστε να βλέπουν προς το εσωτερικό του πλαισίου.

Βήμα 17: Τοποθέτηση συναρμολόγησης τροχού πίσω στο πλαίσιο

Τοποθετήστε το συγκρότημα του πίσω τροχού στο πλαίσιο χρησιμοποιώντας τέσσερις βίδες και παξιμάδια Μ3.

Βεβαιωθείτε ότι το γρανάζι και το γρανάζι είναι ευθυγραμμισμένα και ότι τα δόντια τους πλέκονται καλά.

Εάν τα δόντια δεν πλέκονται καλά, χαλαρώστε τη βίδα ασφάλισης στο γρανάζι. Μετακινήστε τον οδοντωτό τροχό κατά μήκος του άξονα μέχρι να μπλέξει με το γρανάζι.

Βήμα 18: Συνδέστε το μπροστινό συγκρότημα τροχού στο πλαίσιο

Τοποθετήστε το συγκρότημα του μπροστινού τροχού στο πλαίσιο χρησιμοποιώντας τέσσερις βίδες και παξιμάδια Μ3.

Τοποθετήστε το σερβο σε ορθογώνιο σερβοκουτί στο πλαίσιο.

Βήμα 19: Συνδέστε το ESC στον κινητήρα χωρίς ψήκτρες

Συνδέστε τα ίδια χρώματα καλωδίων στον κινητήρα με τα καλώδια στο ESC

Αυτά τα καλώδια παρέχουν ισχύ στον κινητήρα. Ο κινητήρας είναι ένας κινητήρας χωρίς ψήκτρες, πράγμα που σημαίνει ότι κινείται με εναλλασσόμενο ρεύμα σε τρία σετ πηνίων. Το ESC αποφασίζει πότε θα αλλάξει το ρεύμα ανάλογα με το σήμα pwm που λαμβάνει από το καλώδιο πληροφοριών του.

Βήμα 20: Συνδέστε τα καλώδια πληροφοριών ESC και κινητήρα στον δέκτη

Βεβαιωθείτε ότι το θετικό και το έδαφος βρίσκονται στη σωστή θέση για τον δέκτη σας. Είναι πολύ σημαντικό τα θετικά (κόκκινα) σύρματα να είναι όλα στην ίδια σειρά.

Ανατρέξτε στο εγχειρίδιο χρήστη του ελεγκτή RC για να καθορίσετε σε ποια θέση πρέπει να μεταβεί το κάθε καλώδιο. Για τον ελεγκτή μου, το σερβο καλώδιο είναι στο κανάλι ένα ενώ το καλώδιο ESC είναι στο κανάλι δύο.

Βήμα 21: Τροφοδοτήστε τα πάντα με τη μπαταρία LiPo και δοκιμάστε με τον ελεγκτή RC

Συνδέστε τη μπαταρία LiPo στο ESC για να τροφοδοτήσετε ολόκληρο το σύστημα. Τώρα μπορείτε να ελέγξετε το αυτοκίνητο με τον ελεγκτή RC. Ελέγξτε ότι ολόκληρο το σύστημα λειτουργεί όπως προβλέπεται.

Σως χρειαστεί να ρυθμίσετε το σερβο, ώστε το αυτοκίνητο να κινείται ευθεία. Οι περισσότεροι ελεγκτές RC σας επιτρέπουν να ρυθμίσετε αυτήν τη γωνία. Μπορείτε επίσης να ρυθμίσετε πόσο μακριά στρίβετε τον τροχό μέχρι να ξεκινήσει το αυτοκίνητο. Σας συνιστώ να διαβάσετε το εγχειρίδιο κατόχου για τον ελεγκτή RC, ώστε να κατανοήσετε τις διάφορες λειτουργίες του.