PiCar: een autonoom autoplatform bouwen - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Deze Instructable beschrijft de stappen die nodig zijn om een PiCar te bouwen

Wat is PiCar?

PiCar is een open source platform voor autonome auto's. Het is op zichzelf niet autonoom, maar je kunt eenvoudig sensoren toevoegen om de auto te besturen met een Arduino of Raspberry Pi.

Waarom PiCar gebruiken in plaats van een RC-auto?

Het gebruik van PiCar lijkt erg op het gebruik van een RC-auto als platform. PiCar geeft je echter meer controle en is gemakkelijker aan te passen dan een RC-auto. Het chassis voor de PiCar is 3D-geprint en u kunt het 3D-model eenvoudig bewerken om indien nodig meer ruimte in de auto toe te voegen. Bovendien zijn alle onderdelen ofwel gemakkelijk online beschikbaar of kunnen ze 3D-geprint worden.

Wie heeft PiCar gemaakt?

PiCar is ontworpen aan de Washington University in St. Louis in het lab van Humberto Gonzalez en Silvia Zhang. De auto is ontworpen in mei 2017 en deed in juni mee aan een roboticawedstrijd. De PiCar kwam in de top 10 van meer dan 30 internationale teams in de Silk Road Robotics Innovations Competition aan de Xi'an Jiaotong University in Xi'an, China. Hier is een link naar een YouTube-video van FlowBot.

Deze instructable geeft alleen informatie over het bouwen van een PiCar. Als u voorbeeldcode wilt gebruiken met uw PiCar, raadpleeg dan onze GitHub-repository voor toegang tot voorbeeldcode en aanvullende documentatie.

Stap 1: Onderdelenlijst

Onderdelen lijst:

• Borstelloze motor en ESC ($ 32,77)
• Batterij ($ 10,23)
• Servomotor ($ 6,15)
• Wielen ($ 28; met inzetstuk en vastgelijmd aan wiel)
• As, 6 mm ($ 19,38)
• Hex-wieladapters ($ 3,95)
• Grote uitrusting ($ 8.51)
• Rondsel ($ 5,49)
• 3 mm boring lagers, 8 mm buitendiameter ($ 8,39)
• 2 mm boring lagers, 5 mm buitendiameter ($ 9,98)
• Aslagers ($ 30,68)
• M3- en M2-schroeven ($ 9,99)
• Toegang tot een 3D-printer

Totaal: $ 176,00

Optioneel:

• ESC-programmeerkaart ($ 8,40)

  Turnigy TrackStar ESC programmeerkaart

• Batterijlader ($ 24,50)

  Turnigy P403 LiPoly / LiFe AC / DC batterijlader (US Plug)

• Alan-sleutelset ($ 9,12)

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

• RC-controller met ontvanger ($ 22,58)

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

• Arduino ($ 10,9)

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

• Broodplank ($ 6,99)

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

• Verschillende draden ($ 6,99)

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

Totaal: $ 89,48

De onderdelen zijn geselecteerd op basis van drie criteria:

• Functionaliteit
• Toegankelijkheid
• Beschikbaarheid van gegevensblad

De onderdelen moesten goed functioneren zodat ze naar wens presteren en lang meegaan. Ze moeten gemakkelijk online kunnen worden gekocht, zodat andere mensen de PiCar kunnen repliceren. Dit is belangrijk omdat ons lab in de toekomst meer auto's zal maken en omdat we willen dat de auto gemakkelijk beschikbaar is voor mensen in het hele land. De onderdelen moeten datasheets hebben, want we gaan experimenten doen met de PiCar. Bij het uitvoeren van academische experimenten is het belangrijk om precies te weten wat er in de apparatuur gaat die je gebruikt. Het hebben van datasheets maakt het experiment repliceerbaar.

Stap 2: Toegang tot de 3D-modellen

Hoe toegang te krijgen tot de CAD-bestanden die worden gehost op Onshape:

1. Ga naar

2. Als u de accountgegevens hebt gekregen, gebruikt u die gegevens om u aan te melden.

3. Maak anders een nieuw account aan. Zodra uw account is ingesteld en u bent ingelogd, gaat u naar: https://cad.onshape.com/documents/79e37a701364950… om toegang te krijgen tot de Pi Car Assembly.

4. Als u de link opent, gaat u naar het Pi Car Assembly-bestand zoals te zien is in de bovenstaande afbeeldingen. Als u de verstrekte inloggegevens gebruikt, heeft u 'bewerk'-toegang tot deze assembly en alle onderdeelbestanden. Als u een nieuwe gebruikersaccount gebruikt, kunt u een kopie van de assembly maken en deze op die manier bewerken.

5. Om Onshape te leren, ga naar

6. De bovenstaande afbeelding laat zien hoe u toegang krijgt tot elk onderdeel, assemblage, sub-assemblage of tekening.

7. De beste manier om de afmetingen (afstand of hoek tussen onderdelen) te controleren, is door naar de tekening van het betreffende onderdeel of samenstel te gaan. Voordat u de afmetingen controleert, moet u ervoor zorgen dat u de tekening synchroniseert met het bijbehorende samenstel of onderdeel door op de update-knop te klikken, zoals te zien is in de bovenstaande afbeelding.

8. Om een bepaalde afmeting te controleren, gebruikt u het punt-naar-punt, punt-naar-lijn, lijn-naar-lijn, hoek, etc. bematingsgereedschap, en klikt u op een paar punten/lijnen, zoals hierboven weergegeven afbeelding.

Stap 3: De 3D-modellen downloaden

Nu je toegang hebt tot de 3D-modellen, moet je ze downloaden naar 3D-print

9 onderdelen die je moet downloaden:

• Chassis finale
• Ackermann basislink
• Ackermann servohoorn

• Wiel zeskant 12mm

  (x2) Beide zijden zijn identieke onderdelen

• Ackermann-arm

  (x2) Zowel links als rechts; deze bestanden zijn spiegelbeelden van elkaar

• Ackermann pin-link

  (x2) Beide zijden zijn identieke onderdelen

1. Om de bovenstaande onderdelen te downloaden, gaat u naar de hoofd PiCar-assemblage in OnShape
2. Klik met de rechtermuisknop op het onderdeel dat u wilt downloaden
3. Klik op exporteren
4. Sla het bestand op als een.stl-bestand
5. Herhaal deze stappen om alle 9 bestanden op te slaan als.stl-bestanden

Als u een probleem tegenkomt waarbij de bestanden niet kunnen worden gedownload, kunt u de stapbestanden of stl-bestanden vinden op onze GitHub. Klik op de hoofdpagina op hw, chassis en tenslotte stl_files of step_files.

Stap 4: 3D print de. STL-bestanden

Gebruik uw 3D-printer naar keuze om alle.stl-bestanden af te drukken

De meeste afdrukken moeten met steunen worden afgedrukt, maar ik merkte dat een paar beter zonder deze afdrukken. Ik raad aan om de Ackermann servohoorn, wiel hex 12mm en Ackermann armstukken in een aparte print en zonder steunen te printen. Dit vermindert de totale afdruktijd en verhoogt de kwaliteit van de afdrukken.

Ik heb alle onderdelen met 100% infill geprint, maar dit was een persoonlijke keuze. Je zou zo laag als 20% infill kunnen gaan als je zou willen. Ik besloot om met zo'n hoge vulling te printen in een poging om de sterkte van de onderdelen te vergroten.

Mijn afdrukken waren ingesteld op een laaghoogte van 0,1 mm. Ik heb deze beslissing genomen omdat 0,1 mm de standaardinstelling is voor mijn 3D-printer. Ik zou aanraden om de delen tussen 0,1 mm en 0,2 mm laaghoogte te printen.

Stap 5: Duw de lagers in het 3D-geprinte voorste stuursysteem

Een lager van 3 mm gaat in beide Ackermann Arm 3D-geprinte onderdelen

U moet de lagers met uw vingers naar binnen kunnen duwen. Als er echter meer kracht nodig is, raad ik aan om een plat voorwerp in het lager te drukken, zodat je met meer kracht kunt duwen. Probeer geen scherp voorwerp te gebruiken of abrupt tegen het lager te stoten.

Druk twee lagers van 2 mm in beide Ackermann-armdelen

Druk een 2 mm lager in beide Ackermann Pin Link-onderdelen

Raadpleeg de foto's om te begrijpen waar alle lagers heen gaan. Het moet gemakkelijk te zien zijn, omdat de lagers alleen in een gat met de juiste maat gaan.

Stap 6: Schroef Ackermann servohoorn op servo

Druk het Ackermann Servo Horn 3D-geprinte onderdeel op de bovenkant van de servo.

De Ackermann-servohoorn moet er precies in klikken. Als dat niet het geval is, kunt u de punt van de servo afsnijden. Zoals je op de eerste foto kunt zien, heb ik de punt van mijn servo afgesneden om je te laten zien hoe dat eruit zou zien.

Gebruik een van de schroeven die bij uw servo zijn geleverd om de Ackermann-servohoorn op de servo te schroeven

Deze stap is vrij rechttoe rechtaan. De schroef zorgt ervoor dat de onderdelen betrouwbaar met elkaar verbonden zijn.

Stap 7: 3D-geprinte voorwielmontage aansluiten

Verbind de twee Ackermann Arm delen met twee M2 schroeven en moeren op de Ackermann Base Link

Gebruik het middelste lager voor deze stap. Raadpleeg de foto's om te zien waar u de Ackermann Arm-onderdelen kunt bevestigen. De twee kanten moeten een spiegelbeeld van elkaar zijn.

Verbind de twee Ackermann Pin Link-onderdelen op de Ackermann-armonderdelen met behulp van twee M2-schroeven en moeren.

Het uiteinde van de Ackermann Pin Link dat GEEN lager heeft, is het uiteinde dat u gebruikt om de Ackermann-arm te bevestigen. Raadpleeg de foto's om de oriëntatie van de onderdelen correct te krijgen.

BELANGRIJK: De linker en rechter Ackermann Pin Link-onderdelen zijn ten opzichte van elkaar omgedraaid

Dit betekent dat het ene lageruiteinde boven het andere moet zweven, zoals te zien is op de foto's.

Stap 8: Bevestig servo aan voorwielassemblage

Gebruik een M2-schroef en moer om de servo aan het voorwiel te bevestigen

De Ackermann servohoorn gaat tussen de twee Ackermann Pink Link onderdelen. Raadpleeg de foto's zodat u de juiste oriëntatie van de onderdelen krijgt.

Stap 9: Sluit de wielen aan op de voorwielmontage

Plaats de twee Wheel Hex 12 mm 3D-geprinte onderdelen in de twee wielen

Dit 3D-geprinte onderdeel fungeert als afstandhouder tussen het wiel en de auto. Hierdoor kunnen de banden zo dicht mogelijk bij het chassis komen zonder elkaar aan te raken.

Gebruik twee M3-schroeven en moeren om de twee wielen aan het voorwiel te bevestigen

De kop van de schroef gaat aan de buitenkant van het wiel en de moer aan de binnenkant. Dit voltooit de montage van het voorwiel.

Stap 10: Monteer het rondsel op de motoras

Het rondsel moet op de as van de motor worden gehamerd

Ik raad aan om een plastic hamer te gebruiken, zodat je de onderdelen niet beschadigt. Houd het rondsel in de buurt van de rand van de as, zoals te zien is op de foto.

Stap 11: Snij de as op lengte

Snijd de as tot 69 mm

De as met een diameter van 6 mm is 200 mm lang als deze van McMaster Carr komt. Voor deze constructie moet de as worden ingekort tot 69 mm.

Ik raad aan om een Dremel te gebruiken met een roterende schijfslijpmachine. Omdat de as is gemaakt van roestvrij staal, duurt het enkele minuten slijpen om hem op lengte te zagen. Het kostte me iets meer dan 5 minuten om mijn as te snijden voor deze build. Ik raad aan om de Dremel te gebruiken om een afschuining in het uiteinde van de as te maken. Hierdoor kunnen de gemonteerde lagers en het tandwiel gemakkelijker glijden.

Stap 12: Schuif gemonteerde lagers op de as

De gemonteerde lagers moeten op de as worden geschoven

Dit is het begin van het bouwen van de achterwielassemblage

Stap 13: Monteer het tandwiel op de as

Schuif het tandwiel op de rechterkant van de as

Zorg ervoor dat de borgschroef zich aan de binnenzijde van het tandwiel bevindt.

Gebruik de meegeleverde inbussleutel om de borgschroef vast te draaien tegen de as

Het is misschien het beste om de borgschroef nu los te houden en later helemaal vast te draaien. Dit zorgt ervoor dat de tanden van het rechte tandwiel goed in het rondsel passen.

Stap 14: Hex-adapters op 2 wielen bevestigen

Schroef de twee zeskantige wieladapters op de wielen met de meegeleverde schroeven.

Zorg ervoor dat de schroeven volledig zijn vastgedraaid.

Stap 15: Bevestig wielen en kussenbloklagers aan de as

Schuif beide wielen op beide uiteinden van de as

Draai de borgschroeven vast zodat de wielen op hun plaats worden vastgezet

Stap 16: Monteer de borstelloze motor op het chassis

Monteer de motor op het chassis met behulp van drie M2-schroeven.

Het is handig voor later als u de draden zo richt dat ze naar de binnenkant van het chassis wijzen.

Stap 17: Monteer het achterwiel op het chassis

Monteer het achterwiel op het chassis met behulp van vier M3-schroeven en moeren.

Zorg ervoor dat het rechte tandwiel en het rondsel zijn uitgelijnd en dat hun tanden goed in elkaar grijpen.

Als de tanden niet goed in elkaar passen, draait u de borgschroef op het tandwiel los. Beweeg het rechte tandwiel langs de as totdat het in het rondsel grijpt.

Stap 18: Bevestig het voorwiel aan het chassis

Monteer het voorwiel op het chassis met behulp van vier M3-schroeven en moeren.

Plaats de servo in de rechthoekige servobox in het chassis.

Stap 19: Sluit de ESC aan op de borstelloze motor

Sluit dezelfde gekleurde draden op de motor aan op de draden op de ESC

Deze draden leveren stroom aan de motor. De motor is een borstelloze motor, wat betekent dat hij wordt aangedreven door wisselstroom in drie sets spoelen. De ESC beslist wanneer de stroom moet worden gewijzigd, afhankelijk van het pwm-signaal dat het van zijn informatiekabel krijgt.

Stap 20: Sluit de ESC- en motorinformatiekabels aan op de ontvanger

Zorg ervoor dat de plus en massa zich op de juiste plaats voor uw ontvanger bevinden. Het is erg belangrijk dat de positieve (rode) draden allemaal in dezelfde rij zitten.

Raadpleeg de gebruikershandleiding van uw RC-controller om te bepalen op welke locatie elk van de kabels moet komen. Voor mijn controller bevindt de servokabel zich in kanaal één en de ESC-kabel in kanaal twee.

Stap 21: voed alles met de LiPo-batterij en test met de RC-controller

Sluit de LiPo-batterij aan op de ESC om het hele systeem van stroom te voorzien. U kunt de auto nu besturen met uw RC-controller. Test of het hele systeem werkt zoals bedoeld.

Mogelijk moet u de servo aanpassen zodat de auto rechtdoor rijdt. Met de meeste RC-controllers kun je deze hoek afstemmen. U kunt ook instellen hoe ver u het stuur draait totdat de auto start. Ik raad aan om je gebruikershandleiding voor je RC-controller te lezen, zodat je de verschillende functies begrijpt.