PiCar: Construindo uma plataforma de carro autônomo: 21 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este Instructable detalha as etapas necessárias para construir um PiCar

O que é PiCar?

PiCar é uma plataforma de carro autônomo de código aberto. Não é autônomo por si só, mas você pode facilmente adicionar sensores para controlar o carro com um Arduino ou Raspberry Pi.

Por que usar o PiCar em vez de um carro RC?

Usar o PiCar é muito semelhante a usar um carro RC como plataforma. No entanto, o PiCar oferece mais controle e é mais fácil de modificar do que um carro RC. O chassi do PiCar é impresso em 3D e você pode editar facilmente o modelo 3D para adicionar mais espaço no carro, se necessário. Além disso, todas as peças estão facilmente disponíveis online ou podem ser impressas em 3D.

Quem fez o PiCar?

O PiCar foi projetado na Washington University em St. Louis, no laboratório de Humberto Gonzalez e Silvia Zhang. O carro foi projetado em maio de 2017 e entrou em uma competição de robótica em junho. O PiCar ficou entre os 10 primeiros entre mais de 30 equipes internacionais na Competição de Inovações em Robótica do Silk Road na Xi'an Jiaotong University em Xi'an, China. Aqui está um link para um vídeo do YouTube de FlowBot.

Este instrutivo detalha apenas como construir um PiCar. Se você deseja um código de exemplo para usar com o seu PiCar, consulte nosso repositório GitHub para acessar o código de exemplo e documentação adicional.

Etapa 1: Lista de peças

Lista de peças:

• Motor sem escova e ESC ($ 32,77)
• Bateria ($ 10,23)
• Servo motor ($ 6,15)
• Rodas ($ 28; com pastilha e coladas na roda)
• Eixo, 6 mm ($ 19,38)
• Adaptadores hexagonais de roda ($ 3,95)
• Engrenagem grande ($ 8,51)
• Engrenagem do pinhão ($ 5,49)
• Rolamentos de furo de 3 mm, diâmetro externo de 8 mm ($ 8,39)
• Rolamentos de furo de 2 mm, diâmetro externo de 5 mm ($ 9,98)
• Rolamentos de eixo ($ 30,68)
• Parafusos M3 e M2 ($ 9,99)
• Acesso a uma impressora 3D

Total: $ 176,00

Opcional:

• Cartão de programação ESC ($ 8,40)

  Cartão de programação Turnigy TrackStar ESC

• Carregador de bateria ($ 24,50)

  Carregador de bateria Turnigy P403 LiPoly / LiFe AC / DC (US Plug)

• Conjunto de chaves Alan ($ 9,12)

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

• Controlador RC com Receptor ($ 22,58)

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

• Arduino ($ 10,9)

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

• Tábua de pão ($ 6,99)

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

• Vários fios ($ 6,99)

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

Total: $ 89,48

As peças foram selecionadas usando três critérios:

• Funcionalidade
• Acessibilidade
• Disponibilidade da folha de dados

As peças precisavam funcionar bem para que funcionassem como desejado e durassem muito tempo. Eles precisam ser facilmente comprados online para que outras pessoas possam replicar o PiCar. Isso é importante porque nosso laboratório fabricará mais carros no futuro e porque queremos que o carro esteja prontamente disponível para pessoas em todo o país. As peças precisam ter planilhas de dados, pois estaremos realizando experimentos com o PiCar. Ao realizar experimentos acadêmicos, é importante saber exatamente o que se passa no equipamento que você está usando. Ter planilhas de dados torna o experimento replicável.

Etapa 2: Acessando os modelos 3D

Como acessar os arquivos CAD hospedados no Onshape:

1. Acesse

2. Se você recebeu os detalhes da conta, use essas credenciais para fazer login.

3. Caso contrário, crie uma nova conta. Uma vez que sua conta esteja configurada e você tenha feito login, vá para: https://cad.onshape.com/documents/79e37a701364950… para acessar o Pi Car Assembly.

4. Abrir o link o levará ao arquivo Pi Car Assembly, conforme visto nas imagens acima. Se estiver usando as credenciais fornecidas, você terá acesso de 'edição' a esta montagem e a todos os arquivos de peça. Se estiver usando uma nova conta de usuário, você pode criar uma cópia da montagem e editá-la dessa forma.

5. Para aprender Onshape, vá para

6. A imagem acima mostra como acessar cada peça, montagem, submontagem ou desenho.

7. A melhor forma de verificar as dimensões (distância ou ângulo entre as peças) é acessar o respectivo desenho da peça ou montagem. Antes de verificar as dimensões, certifique-se de sincronizar o desenho com sua montagem ou peça correspondente, clicando no botão atualizar como visto na imagem acima.

8. Para verificar uma dimensão específica, use a ferramenta de dimensão ponto a ponto, ponto a linha, linha a linha, ângulo, etc. e clique em um par de pontos / linhas, como mostrado acima imagem.

Etapa 3: Baixar os modelos 3D

Agora que você tem acesso aos modelos 3D, é necessário baixá-los para impressão 3D

9 partes que você precisa para baixar:

• Final do chassi
• Link básico Ackermann
• Ackermann servo chifre

• Roda hexagonal 12mm

  (x2) Ambos os lados são peças idênticas

• Braço Ackermann

  (x2) Ambos os lados esquerdo e direito; esses arquivos são imagens espelhadas um do outro

• Pin link Ackermann

  (x2) Ambos os lados são peças idênticas

1. Para baixar as partes acima, vá para a montagem PiCar principal no OnShape
2. Clique com o botão direito na parte que deseja baixar
3. Clique em exportar
4. Salve o arquivo como um arquivo.stl
5. Repita essas etapas para salvar todos os 9 arquivos como arquivos.stl

Se você encontrar um problema em que os arquivos não podem ser baixados, você pode encontrar os arquivos de etapas ou arquivos stl em nosso GitHub. Na página principal, clique em hw, chassis e, finalmente, stl_files ou step_files.

Etapa 4: imprimir em 3D os arquivos. STL

Use a impressora 3D de sua escolha para imprimir todos os arquivos.stl

A maioria das impressões precisa ser impressa com suportes, mas descobri que algumas delas imprimem melhor sem eles. Recomendo que você imprima a buzina do servo Ackermann, o hexágono da roda de 12 mm e as peças do braço Ackermann em uma impressão separada e sem suportes. Isso reduzirá o tempo total de impressão e aumentará a qualidade das impressões.

Imprimi todas as peças com preenchimento 100%, mas foi uma escolha pessoal. Você poderia ir tão baixo quanto 20% de preenchimento se quisesse. Decidi imprimir com um preenchimento tão alto na tentativa de aumentar a resistência das peças.

Minhas impressões foram definidas para uma altura de camada de 0,1 mm. Tomei essa decisão porque 0,1 mm é a configuração padrão para minha impressora 3D. Eu recomendaria imprimir as peças entre 0,1 mm e 0,2 mm de altura da camada.

Etapa 5: Empurre os rolamentos para o sistema de armazenamento frontal impresso em 3D

Um rolamento de 3 mm entra em ambas as peças impressas 3D do Ackermann Arm

Você deve conseguir empurrar os rolamentos usando os dedos. No entanto, se mais força for necessária, eu recomendo pressionar um objeto plano no rolamento para que você possa empurrar com mais força. Tente não usar um objeto pontiagudo ou impactar o rolamento abruptamente.

Pressione dois rolamentos de 2 mm em ambas as peças do braço Ackermann

Pressione um rolamento de 2 mm em ambas as peças do elo de pino Ackermann

Consulte as fotos para entender para onde vão todos os rolamentos. Deve ser fácil dizer, pois os rolamentos só entrarão em um orifício de tamanho correto.

Etapa 6: aparafuse a buzina do servo Ackermann no servo

Pressione a parte impressa 3D Ackermann Servo Horn na parte superior do servo.

O Ackermann Servo Horn deve se encaixar imediatamente. Se não, você pode cortar a ponta do servo. Como você pode ver na primeira foto, cortei a ponta do meu servo para mostrar como seria.

Use um dos parafusos que veio com seu servo para aparafusar o Ackermann Servo Horn no servo

Esta etapa é bastante simples. O parafuso irá garantir que as peças sejam conectadas de forma confiável.

Etapa 7: Conectando o conjunto da roda dianteira impressa em 3D

Conecte as duas peças do braço Ackermann no link de base Ackermann com dois parafusos M2 e porcas

Use o rolamento central para esta etapa. Consulte as fotos para ver onde colocar as peças do braço Ackermann. Os dois lados devem ser uma imagem espelhada um do outro.

Conecte as duas peças do elo de pino Ackermann nas peças do braço Ackermann usando dois parafusos M2 e porcas.

A extremidade do elo de pino Ackermann que NÃO tem um rolamento é a extremidade que você usa para conectar o braço Ackermann. Consulte as fotos para obter a orientação correta das peças.

IMPORTANTE: As peças esquerda e direita do Ackermann Pin Link são invertidas uma em relação à outra

Isso significa que uma extremidade do rolamento deve flutuar sobre a outra, como pode ser visto nas fotos.

Etapa 8: Anexe o servo ao conjunto da roda dianteira

Usando um parafuso M2 e uma porca, conecte o servo ao conjunto da roda dianteira

O chifre do servo Ackermann vai entre as duas peças do link rosa Ackermann. Consulte as fotos para obter a orientação correta das peças.

Etapa 9: Conecte as rodas ao conjunto da roda dianteira

Insira as duas peças impressas em 3D Wheel Hex 12mm nas duas rodas

Esta parte impressa em 3D atua como um espaçador entre a roda e o carro. Isso permite que os pneus fiquem o mais próximo possível do chassi sem se tocarem.

Use dois parafusos e porcas M3 para prender as duas rodas ao conjunto da roda dianteira

A cabeça do parafuso vai para fora da roda e a porca vai para dentro. Isso conclui a montagem da roda dianteira.

Etapa 10: Monte a engrenagem do pinhão no eixo do motor

A engrenagem do pinhão precisa ser martelada no eixo do motor

Recomendo usar um martelo de plástico para não danificar as peças. Mantenha a engrenagem do pinhão próxima à borda do eixo, conforme mostrado na foto.

Etapa 11: corte o eixo no comprimento

Corte o eixo para 69 mm

O eixo de 6 mm de diâmetro tem 200 mm de comprimento quando chega da McMaster Carr. O eixo deve ser cortado em 69 mm para esta construção.

Eu recomendo usar uma Dremel com um acessório de moedor de disco rotativo. Como o eixo é feito de aço inoxidável, serão necessários vários minutos de esmerilhamento para cortá-lo no comprimento desejado. Levei pouco mais de 5 minutos para cortar meu eixo para esta construção. Recomendo usar a Dremel para cortar um chanfro na extremidade do eixo. Isso permitirá que os rolamentos montados e a engrenagem dentada tenham um deslizamento mais fácil.

Etapa 12: Rolamentos montados no eixo

Os rolamentos montados precisam ser colocados no eixo

Isso começa a construir o conjunto da roda traseira

Etapa 13: Monte a engrenagem dentada no eixo

Deslize a engrenagem reta para o lado direito do eixo

Certifique-se de que o parafuso de travamento esteja voltado para o lado interno da engrenagem.

Usando a chave allen fornecida, aparafuse o parafuso de travamento até que esteja firme contra o eixo

Pode ser melhor manter o parafuso de travamento solto por enquanto e apertá-lo totalmente mais tarde. Isso garantirá que os dentes da engrenagem reta se encaixem bem na engrenagem do pinhão.

Etapa 14: prenda os adaptadores hexadecimais em 2 rodas

Aparafuse os dois adaptadores de roda hexagonais nas rodas usando os parafusos fornecidos.

Certifique-se de que os parafusos estejam totalmente apertados.

Etapa 15: prenda as rodas e os rolamentos do bloco de descanso ao eixo

Deslize ambas as rodas em uma das extremidades do eixo

Aperte os parafusos de travamento para que as rodas sejam fixadas no lugar

Etapa 16: Monte o motor sem escova no chassi

Monte o motor no chassi usando três parafusos M2.

É útil para mais tarde se você orientar os fios de forma que fiquem voltados para o interior do chassi.

Etapa 17: Monte o conjunto da roda traseira no chassi

Monte o conjunto da roda traseira no chassi usando quatro parafusos e porcas M3.

Certifique-se de que a engrenagem dentada e a engrenagem do pinhão estejam alinhadas e que seus dentes se encaixem bem.

Se os dentes não encaixarem bem, afrouxe o parafuso de travamento da engrenagem reta. Mova a engrenagem reta ao longo do eixo até que ela se encaixe na engrenagem do pinhão.

Etapa 18: Anexe o conjunto da roda dianteira ao chassi

Monte o conjunto da roda dianteira no chassi usando quatro parafusos e porcas M3.

Encaixe o servo na caixa de servo retangular no chassi.

Etapa 19: Conecte o ESC ao motor sem escova

Conecte os fios da mesma cor do motor aos fios do ESC

Esses fios fornecem energia ao motor. O motor é um motor sem escova, o que significa que é acionado por corrente alternada em três conjuntos de bobinas. O ESC decide quando mudar a corrente dependendo do sinal pwm que obtém de seu cabo de informação.

Etapa 20: Conecte o ESC e os cabos de informação do motor ao receptor

Certifique-se de que o positivo e o terra estão no local correto para o seu receptor. É muito importante que os fios positivos (vermelhos) estejam todos na mesma linha.

Consulte o manual do usuário do controlador RC para determinar qual local cada um dos cabos deve ir. Para o meu controlador, o cabo servo está no canal um, enquanto o cabo ESC está no canal dois.

Etapa 21: Ligue tudo com a bateria LiPo e teste com o controlador RC

Conecte a bateria LiPo no ESC para alimentar todo o sistema. Agora você pode controlar o carro com seu controlador RC. Teste se todo o sistema opera conforme o planejado.

Você pode precisar ajustar o servo para que o carro dirija em linha reta. A maioria dos controladores RC permite que você ajuste este ângulo. Você também pode ajustar o quanto você gira o volante até que o carro dê partida. Recomendo a leitura do manual do proprietário do controlador RC para que você entenda suas várias funções.