PiCar: costruire una piattaforma per auto autonoma: 21 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questo Instructable descrive in dettaglio i passaggi necessari per costruire un PiCar

Cos'è PiCar?

PiCar è una piattaforma per auto autonoma open source. Non è autonomo da solo, ma puoi facilmente aggiungere sensori per controllare l'auto con un Arduino o un Raspberry Pi.

Perché usare PiCar invece di un'auto RC?

L'utilizzo di PiCar è molto simile all'utilizzo di un'auto RC come piattaforma. Tuttavia, PiCar ti offre un maggiore controllo ed è più facile da modificare rispetto a un'auto RC. Il telaio per PiCar è stampato in 3D e puoi facilmente modificare il modello 3D per aggiungere più spazio nell'auto, se necessario. Inoltre, tutte le parti sono facilmente disponibili online o possono essere stampate in 3D.

Chi ha creato PiCar?

PiCar è stato progettato alla Washington University di St. Louis nel laboratorio di Humberto Gonzalez e Silvia Zhang. L'auto è stata progettata nel maggio 2017 ed è stata inserita in una competizione di robotica a giugno. Il PiCar è arrivato tra i primi 10 su oltre 30 team internazionali nel concorso Silk Road Robotics Innovations presso la Xi'an Jiaotong University di Xi'an, in Cina. Ecco un collegamento a un video YouTube di FlowBot.

Questa istruzione descrive solo come costruire un PiCar. Se desideri un codice di esempio da utilizzare con il tuo PiCar, fai riferimento al nostro repository GitHub per accedere al codice di esempio e alla documentazione aggiuntiva.

Passaggio 1: elenco delle parti

Elenco delle parti:

• Motore brushless ed ESC ($ 32,77)
• Batteria ($ 10,23)
• Servomotore ($ 6,15)
• Ruote ($ 28; con inserto e incollato alla ruota)
• Asse, 6 mm (19,38 $)
• Adattatori per ruote esagonali ($ 3,95)
• Ingranaggio grande ($ 8,51)
• Pignone ($ 5,49)
• Cuscinetti con foro da 3 mm, diametro esterno 8 mm ($ 8,39)
• Cuscinetti con foro da 2 mm, diametro esterno di 5 mm ($ 9,98)
• Cuscinetti dell'asse ($ 30,68)
• Viti M3 e M2 ($ 9,99)
• Accesso a una stampante 3D

Totale: $ 176,00

Opzionale:

• Scheda di programmazione ESC ($ 8,40)

  Scheda di programmazione Turnigy TrackStar ESC

• Caricabatteria ($ 24,50)

  Turnigy P403 LiPoly / LiFe Caricabatteria AC/DC (spina USA)

• Set di chiavi inglesi ($ 9,12)

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

• Controller RC con ricevitore ($ 22,58)

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

• Arduino ($ 10,9)

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

• Tagliere di pane ($ 6,99)

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

• Cavi vari ($ 6,99)

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

Totale: $ 89,48

Le parti sono state selezionate utilizzando tre criteri:

• Funzionalità
• Accessibilità
• Disponibilità della scheda tecnica

Le parti necessarie per funzionare bene in modo che funzionino come desiderato e durino a lungo. Devono essere facilmente acquistati online in modo che altre persone possano replicare il PiCar. Questo è importante perché il nostro laboratorio produrrà più auto in futuro e perché vogliamo che l'auto sia prontamente disponibile per le persone in tutto il paese. Le parti devono avere schede tecniche perché eseguiremo esperimenti con il PiCar. Quando si eseguono esperimenti accademici, è importante sapere esattamente cosa va nell'attrezzatura che si sta utilizzando. Avere schede tecniche rende l'esperimento replicabile.

Passaggio 2: accesso ai modelli 3D

Come accedere ai file CAD ospitati su Onshape:

1. Vai su

2. Se ti sono stati forniti i dettagli dell'account, utilizza tali credenziali per accedere.

3. Altrimenti, crea un nuovo account. Una volta che il tuo account è stato configurato e hai effettuato l'accesso, vai su: https://cad.onshape.com/documents/79e37a701364950… per accedere al Pi Car Assembly.

4. L'apertura del collegamento ti porterà al file Pi Car Assembly come mostrato nelle immagini sopra. Se si utilizzano le credenziali fornite, si avrà accesso in "modifica" a questo assieme e a tutti i file delle parti. Se si utilizza un nuovo account utente, è possibile creare una copia dell'assieme e modificarla in questo modo.

5. Per imparare Onshape, vai su

6. L'immagine sopra mostra come accedere a ciascuna parte, assieme, sottoassieme o disegno.

7. Il modo migliore per verificare le dimensioni (distanza o angolo tra le parti) è quello di andare alla rispettiva parte o disegno dell'assieme. Prima di controllare le dimensioni, assicurati di sincronizzare il disegno con il relativo assieme o parte corrispondente facendo clic sul pulsante di aggiornamento come mostrato nell'immagine sopra.

8. Per controllare una quota particolare, utilizzare lo strumento di quotatura punto-punto, punto-linea, linea-linea, angolo, ecc. e fare clic su una coppia di punti/linee, come mostrato sopra Immagine.

Passaggio 3: download dei modelli 3D

Ora che hai accesso ai modelli 3D, devi scaricarli nella stampa 3D

9 parti che devi scaricare:

• Finale telaio
• Collegamento di base Ackermann
• Avvisatore acustico Ackermann

• Esagono ruota 12mm

  (x2) Entrambi i lati sono parti identiche

• braccio Ackermann

  (x2) Entrambi i lati sinistro e destro; questi file sono immagini speculari l'uno dell'altro

• Collegamento pin Ackermann

  (x2) Entrambi i lati sono parti identiche

1. Per scaricare le parti di cui sopra, vai all'Assemblea principale di PiCar in OnShape
2. Fare clic con il tasto destro sulla parte che si desidera scaricare
3. Fare clic su Esporta
4. Salva il file come file.stl
5. Ripeti questi passaggi per salvare tutti e 9 i file come file.stl

Se riscontri un problema per cui i file non possono essere scaricati, puoi trovare i file di passaggio o i file stl sul nostro GitHub. Dalla pagina principale fare clic su hw, chassis e infine stl_files o step_files.

Passaggio 4: stampa 3D dei file. STL

Usa la tua stampante 3D preferita per stampare tutti i file.stl

La maggior parte delle stampe deve essere stampata con supporti, ma ho scoperto che alcune di esse stampano meglio senza di essi. Ti consiglio di stampare la squadretta del servo Ackermann, la ruota esagonale da 12 mm e i pezzi del braccio Ackermann in una stampa separata e senza supporti. Ciò ridurrà il tempo di stampa totale e aumenterà la qualità delle stampe.

Ho stampato tutte le parti con riempimento al 100%, ma questa è stata una scelta personale. Potresti arrivare fino al 20% di riempimento se lo volessi. Ho deciso di stampare con un riempimento così alto nel tentativo di aumentare la resistenza delle parti.

Le mie stampe sono state impostate su un'altezza dello strato di 0,1 mm. Ho preso questa decisione perché 0,1 mm è l'impostazione predefinita per la mia stampante 3D. Consiglierei di stampare le parti tra 0,1 mm e 0,2 mm di altezza dello strato.

Passaggio 5: spingere i cuscinetti nel sistema di sterzo anteriore stampato in 3D

Un cuscinetto da 3 mm entra in entrambe le parti stampate in 3D di Ackermann Arm

Dovresti essere in grado di spingere i cuscinetti con le dita. Tuttavia, se è necessaria più forza, consiglio di premere un oggetto piatto nel cuscinetto in modo da poter spingere con più forza. Cerca di non usare oggetti appuntiti o di non urtare bruscamente il cuscinetto.

Premere due cuscinetti da 2 mm in entrambe le parti del braccio Ackermann

Premere un cuscinetto da 2 mm in entrambe le parti Ackermann Pin Link

Si prega di fare riferimento alle foto per capire dove vanno tutti i cuscinetti. Dovrebbe essere facile da dire poiché i cuscinetti andranno solo in un foro di dimensioni corrette.

Passaggio 6: avvitare il corno del servo Ackermann sul servo

Premi la parte stampata in 3D del corno del servo Ackermann sulla parte superiore del servo.

Il corno del servo Ackermann dovrebbe scattare. In caso contrario, puoi tagliare la punta del servo. Come puoi vedere nella prima foto, ho tagliato la punta del mio servo per mostrarti come sarebbe.

Usa una delle viti fornite con il tuo servo per avvitare il corno del servo Ackermann sul servo

Questo passaggio è piuttosto semplice. La vite assicurerà che le parti siano collegate in modo affidabile.

Passaggio 7: collegamento del gruppo ruota anteriore stampato in 3D

Collegare le due parti del braccio Ackermann all'Ackermann Base Link con due viti e dadi M2

Utilizzare il cuscinetto centrale per questo passaggio. Fare riferimento alle foto per vedere dove collegare le parti del braccio Ackermann. I due lati dovrebbero essere un'immagine speculare l'uno dell'altro.

Collegare le due parti Ackermann Pin Link alle parti Ackermann Arm utilizzando due viti e dadi M2.

L'estremità dell'Ackermann Pin Link che NON ha un cuscinetto è l'estremità che usi per collegare il braccio Ackermann. Fare riferimento alle foto per ottenere l'orientamento corretto delle parti.

IMPORTANTE: le parti del collegamento pin Ackermann sinistro e destro sono invertite l'una rispetto all'altra

Ciò significa che un'estremità del cuscinetto dovrebbe galleggiare sopra l'altra, come mostrato nelle foto.

Passaggio 8: collegare il servo al gruppo ruota anteriore

Utilizzando una vite e un dado M2, fissare il servo al gruppo ruota anteriore

La squadretta del servo Ackermann va tra le due parti Ackermann Pink Link. Fare riferimento alle foto in modo da ottenere l'orientamento corretto delle parti.

Passaggio 9: collegare le ruote al gruppo ruota anteriore

Inserisci le due parti stampate in 3D Wheel Hex da 12 mm nelle due ruote

Questa parte stampata in 3D funge da distanziatore tra la ruota e l'auto. Ciò consente alle gomme di essere il più vicino possibile al telaio pur non toccandosi.

Utilizzare due viti e dadi M3 per fissare le due ruote al gruppo ruota anteriore

La testa della vite va all'esterno della ruota e il dado va all'interno. Questo completa il montaggio della ruota anteriore.

Passaggio 10: montare il pignone sull'albero motore

Il pignone deve essere martellato sull'albero del motore

Consiglio di utilizzare un martello di plastica in modo da non danneggiare le parti. Tenere il pignone vicino al bordo dell'albero come mostrato nella foto.

Passaggio 11: tagliare l'asse alla lunghezza

Tagliare l'asse a 69 mm

L'asse da 6 mm di diametro è lungo 200 mm quando arriva da McMaster Carr. L'asse deve essere tagliato a 69 mm per questa configurazione.

Consiglio di utilizzare un Dremel con un accessorio per smerigliatrice a disco rotante. Poiché l'asse è realizzato in acciaio inossidabile, occorrono diversi minuti di molatura per tagliarlo a misura. Mi ci sono voluti poco più di 5 minuti per tagliare il mio axel per questa build. Consiglio di usare il Dremel per tagliare uno smusso all'estremità dell'asse. Ciò consentirà ai cuscinetti montati e all'ingranaggio cilindrico di scorrere più facilmente.

Passaggio 12: far scorrere i cuscinetti montati sull'asse

I cuscinetti montati devono essere fatti scorrere sull'asse

Questo inizia a costruire il gruppo della ruota posteriore

Passaggio 13: montare l'ingranaggio cilindrico sull'asse

Far scorrere l'ingranaggio cilindrico sul lato destro dell'asse

Assicurarsi che la vite di bloccaggio sia sul lato rivolto verso l'interno dell'ingranaggio.

Usando la chiave a brugola fornita, avvitare la vite di bloccaggio finché non è stretta contro l'asse

Potrebbe essere meglio mantenere la vite di bloccaggio allentata per ora e serrarla completamente in seguito. Ciò assicurerà che i denti dell'ingranaggio cilindrico ingranano bene con l'ingranaggio del pignone.

Passaggio 14: collegare gli adattatori esagonali su 2 ruote

Avvitare i due adattatori per ruote esagonali sulle ruote utilizzando le viti fornite.

Assicurarsi che le viti siano serrate completamente.

Passaggio 15: collegare le ruote e i cuscinetti del blocco di supporto all'asse

Far scorrere entrambe le ruote su entrambe le estremità dell'asse

Serrare le viti di bloccaggio in modo che le ruote siano fissate in posizione

Passaggio 16: montare il motore brushless sullo chassis

Montare il motore sul telaio utilizzando tre viti M2.

È utile in seguito orientare i cavi in modo che siano rivolti verso l'interno del telaio.

Passaggio 17: montare il gruppo ruota posteriore sul telaio

Montare il gruppo della ruota posteriore sul telaio utilizzando quattro viti e dadi M3.

Assicurarsi che la ruota dentata e il pignone siano allineati e che i loro denti siano ben ingranati.

Se i denti non ingranano bene, allentare la vite di bloccaggio sull'ingranaggio cilindrico. Spostare l'ingranaggio cilindrico lungo l'asse finché non ingrana con il pignone.

Passaggio 18: collegare il gruppo ruota anteriore al telaio

Montare il gruppo ruota anteriore sul telaio utilizzando quattro viti e dadi M3.

Montare il servo nella scatola servo rettangolare nel telaio.

Passaggio 19: collegare l'ESC al motore brushless

Collegare gli stessi fili colorati sul motore ai fili sull'ESC

Questi fili forniscono alimentazione al motore. Il motore è un motore brushless, il che significa che è azionato da corrente alternata in tre serie di bobine. L'ESC decide quando cambiare la corrente a seconda del segnale pwm che riceve dal suo cavo informazioni.

Passaggio 20: collegare i cavi ESC e informazioni motore al ricevitore

Assicurati che il positivo e la massa siano nella posizione corretta per il tuo ricevitore. È molto importante che i fili positivi (rossi) siano tutti nella stessa fila.

Fare riferimento al manuale dell'utente del controller RC per determinare in quale posizione deve essere posizionato ciascuno dei cavi. Per il mio controller, il cavo del servo è nel canale uno mentre il cavo ESC è nel canale due.

Passaggio 21: alimenta tutto con la batteria LiPo e prova con il controller RC

Collega la batteria LiPo all'ESC per alimentare l'intero sistema Ora puoi controllare l'auto con il controller RC. Verificare che l'intero sistema funzioni come previsto.

Potrebbe essere necessario regolare il servo in modo che l'auto vada dritta. La maggior parte dei controller RC consente di regolare questo angolo. Puoi anche regolare fino a che punto giri il volante prima che l'auto si avvii. Consiglio di leggere il manuale del proprietario del controller RC in modo da comprendere le sue varie funzioni.