建造自主车辆:蝙蝠车

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贡献者: 内特
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为什么要建立一个自主的车辆A+PRS??

蝙蝠车的笑容

试驾蝙蝠车

拐角时的兴奋,非常低,凭你的直觉告诉你这些g力是不正常的…这就是为什么我们花费无数小时建造这些愚蠢的动力车轮车辆。笑声和笑容是不可避免的!这些车开起来很有趣,而且比赛起来更有趣!!

赛车手托尼

2016,亚博官网SparkFun有第八届年会自主车辆比赛.今年,一项新规则出台:你需要携带一个人(或者20磅重的西瓜,如果你太鸡的话)。要做到这一点,我的妻子,艾丽西亚我修改了蝙蝠车动力轮并与剃须刀底盘相结合。结果是一辆非常轻快的电动卡丁车,让每个开车的人都笑个不停。

我们的目标是创造一种交通工具,可以快速和容易地在人驾驶模式和无人驾驶模式之间切换,以便我们能够在PRS和A+PRS两个类别上竞争。最后,艾丽西娅在驾驶员类别中排名非常可敬的第三位,我没有完成自主类别的(DNF),碰到许多草捆。

本教程试图为Autono.+PowerRaceSeries(A+PRS)车辆记录六个月的构建过程。每个自主车辆都是独一无二的,并且每个需求将随着构建的不同而不同。

带顶盖的蝙蝠车

材料

你可以看到我们的总体预算,包括组件和供应商的列表在这里.

A+PRS蝙蝠车材料电子表格


您可以从我们的回购中获得所有代码在这里.

A+PRS蝙蝠车GitHub存储库


底盘

AVC规定你不能在总预算上花费超过500美元,并且你必须保持在一定的规模限制内。我们开始浏览craigslist,看看那里有什么,然后立即发现很多免费或便宜的东西。”破碎的动力轮。当一辆价值25美元的蝙蝠车突然冒出来时,我们很快抓住了它。

尘土飞扬的蝙蝠车

满头狗毛和死蜘蛛的灰尘——太完美了!!

所有使用过的动力轮的主要故障是死电池。蝙蝠车也没什么不同;一旦我们投入新的12VSLA(密封铅酸),很高兴,虽然很慢,开车兜风没有什么神奇的动力轮品牌电池;得到正确的电压(通常为12V,有时6V)而且你几乎可以使用任何你想要的电池。

最初的蝙蝠车底盘吹塑塑料在其最好的。车轮是中空的,该马达被设计成使儿童缓慢(并且相当安全)移动,转向盘上散落着金属碎片,但大多是松动摇晃的。虽然股票底盘能够移动成年人的重量在大约200磅,我们知道它不能应付比赛,所以我们决定找一个金属底盘坐在下面。

盒装剃须刀

注意马达和电池的尺寸。那些就要到了许多的更大的。

剃须刀以其踢踏板车而闻名,但是他们也在电动卡丁车市场。我们找到了一个剃刀漂流者开箱165美元。漂流者掌舵,制动器,轮子和底盘为我们整理好!此外,“漂流者”带有一个24V的蓄电池,250W电机和250W电机控制器。

许多PRS和AVC竞争对手有足够的天赋将自己的底盘焊接在一起。DIY焊接是省钱的好方法,但这可能需要数周的捏造。因为我们计划进入自主领域,我们决定找一个现成的底盘,花时间构建和调试自主位。

戴帽子

一旦我们有了动力轮和剃须刀底盘,我们必须把两者结合起来。

我们把剃须刀底盘滑到塑料蝙蝠车外壳下面。剃须刀底盘具有我们最需要的强度:转向,底盘,制动器,传动系,一切。塑料蝙蝠车就在那儿。四个实心塑料+橡胶剃须刀轮与地面接触。四个中空的蝙蝠车轮盘旋在地面上,只是为了美容(为鲁尔兹)。

动力轮遇到漂泊者

动力轮遇到漂泊者

在某个时候,你必须走出往复锯和严重修改你美丽的动力轮。我们把蝙蝠车放在剃须刀上面,然后开始砍掉挡路的所有碎片。

裸金属底盘

外壳上盖之前的金属底盘

组合式蝙蝠车

座位?我们要去哪里,我们不需要座位!!

令人愉快地,蝙蝠车在它自己的结构支撑下位于底盘的顶部。亚博国际官网我们不需要添加全线程或其他对峙。即使他们什么都不做,我们重新安装了原来的车轮,所以看起来很古怪。

电机与电机控制

新型大型底盘电机

穆尔!!

2016,A+PRS允许48V系统,所以我们做的第一件事就是拆下24V的电机,安装一个1,000W48V/21A电机。PRS规则将任何系统限制为1,400瓦,因此,如果预算限制没有迅速生效,我们本可以做得更大。新的安装孔钻进底盘,还有一个不同的齿轮必须安装在电机的末端。但是一切进展顺利。股票底盘甚至包括一个链条张力器,证明是宝贵的!!

我们使用的MY1020 48V电机在PRS电路中很常见,性能也很好。然而,我们原来的1个,000W的电机控制器(你应该已经能够知道接下来会发生什么)没有那么好。我们在开放式停车场对48V系统的首次测试工作非常顺利,直到电机控制器过热和故障。当基于MOSFET的电机控制器失效时,他们不安全,这意味着我们的车辆决定采用100%的节流阀并留在那里。这是为什么我们有安全开关!艾丽西娅和我在没有人受伤之前就把车撞死了。

应该防止这种故障:电机控制器的额定值应该至少是你计算的最大负载的2倍。在我们的例子中,如果我们想控制1kW的电动机,我们应该一直使用额定为2kW恒定负载的电机控制器。幸运的是,A+PRS规则不要求你记录你花掉了多少钱(并且消耗掉了);在比赛当天,你只需要报告车辆上的情况。

大型5kW电机控制器

新的,大型5kW电机控制器

我们很快找到了一个更大的,5千瓦的电动机控制器(这个甚至有倒车!然后按订单订购。这个较大的马达控制器从那时起就一直工作得很顺利。找一个带倒档的电动机控制器。你会很想在奇怪的地方驾驶你的动力轮(比如SparkFun库存通道),亚博官网而且倒档允许有趣的5点转弯。

制动器

小型鼓式制动器

易趣卡丁车鼓式刹车

剃须刀底盘有经典的鼓式制动器,也许是剃须刀最薄弱的一环。虽然库存制动器可能是一个75磅儿童与库存24V电池的适当大小,我们的刹车真正地一旦我们额外加了125磅的肉袋,就会变得湿漉漉的,电池和塑料钻头。我们很少,如果有,在比赛中使用刹车,但是PRS规则规定你的排位赛圈必须以驾驶员越过终点线并刹车停止而结束:

在热圈结束时,你的车必须在应答器越过起点/终点线后18英尺内完全停止。故意打滑,在刹车试验中,转弯或旋转是不可接受的制动方法。

艾丽西娅不得不进行令人印象深刻的硬制动组合,转弯,她以如此戏剧性的天赋滑行和滑动,以致于吸引评委们不注意我们的刹车有多么危险。在2017年比赛开始之前,我们会安装盘式制动器。

电池

安装在底盘上的电池

焊接在底盘前面的电池座

作为电机升级的一部分,我们需要把电池电压提高到48V。为了省钱,我们重新使用了24V剃须刀底盘附带的超级普通电池。剃刀很聪明;他们研究了SLA(密封铅酸)电池工业,选择了最普通的尺寸。这只是碰巧是进入几乎每个电池中的同一个电池不间断电源在这个星球上。我们另外购买了两个UPS大小的电池(比购买剃须刀牌电池便宜得多),并把它们串联起来。

4个电池组合成一个单元

串联四节电池

将细胞粘在一起,并在细胞之间加入热胶珠,使得包装非常坚固。低成本,极化,大电流连接器完成了封装。我们身边放着一条旧皮带,它使世界变得与众不同;单手提包要比两手提包舒服得多。

极化大电流连接器

避免火灾和其他坏事。使用极化连接器的电池。

导线

焊接大规格焊丝

焊接大规格电线

我们原本准备了一些非常好的,超柔性硅酮护套8AWG配电线。我想我们不会再这样做了;10AWG本来可以的,甚至可能是12AWG。由于8型仪表远不常见,电线和连接器比较贵,而更大的规范线需要更多的焊接热-这只是一个痛苦的工作。如果需要当前容量,去争取它,但是对于我们极其活泼的人,48V 20A车辆,8轨电线过火。

如果你决定使用超级灵活,大规格电线,花一些时间在网上阅读有关如何焊接这种类型的电线。

我发现的最好的技术:

  • 确保热收缩到位
  • 把烙铁调至425摄氏度(比通常需要的325摄氏度热得多)
  • 把电线的两端拉在一起
  • 用30AWG钢丝包紧
  • 自由应用流量
  • 加热并加入大量的焊料直到接头变成银。

这里有一个演示这种技术的好视频:

灭弧开关

我们记录在案如何构建无线杀手开关做玛格丽塔的时候。真是太有趣了,所以我们将跳过无线杀手开关系统的位。

动力车轮上的微笑女孩

Zroooommmm!!

除了无线断开,我们有一个大的,红蘑菇杀手开关,使电池断开,令人愉悦,具有权威性“咚咚”。按下蘑菇按钮将电池重新连接到系统。

车辆蘑菇杀灭开关

蝙蝠侠标志还是比特曼标志??

作为令人愉快的奖励特征,蘑菇灭菌开关消除了讨厌的火花。当将电池连接到电机控制器时,电容器和电子器件中电流如此涌入,以致于连接器会产生火花。一旦我们安装了杀戮开关,没有这些火花,我们可以连接或断开电池。

大规格电源连接器

杀手开关与电源总线的连接器

蝙蝠车的顶部很容易拆除,但是因为安装了杀手开关,我们需要一种方法很容易地将它从电源总线上断开。我们在一个死机服务器UPS中发现了一个强大的大功率连接器。这些常被称作"绞盘连接器,因为它们具有较高的电流。有了这个连接器,当我们需要进入车内时,我们能够快速地断开杀戮开关并移除顶部。

控制电子学

主控制板

功率转换器,电动机击穿继电器,转向继电器,运动控制器与无线通信

控制电子设备很复杂。我们对这头野兽总共有七个微控制器,加上三个用于距离传感器的总处理能力为216位。系统运行在IC总线,通过大脑向运动控制器和LCD发送命令,并从传感器接收数据。

蝙蝠车内的电线

蝙蝠车罩下的电线

以前的2010 AVC进入,我做的一切在单个微控制器上。这使得编码和调试成为一个挑战。在我们2016年入境时,我们集中每个子系统去做一件事很好。

子系统分解如下:

  • 脑控制器:ASAMD21迷你用于与距离传感器的所有数据通信和处理,GPS和罗盘,并发出控制油门和转向的指令。它监控启动开关,并将调试信息中继到LCD。
  • 运动控制器:阿杜伊诺亲迷你读油门,转向位置,制动开关和自主火箭开关。它控制电机速度和直线驱动器的转向。
  • 无线杀手开关:一个Arduino Pro迷你生活在无线杀手开关,我们的蝙蝠车自主部分的要求。要了解亚博在线娱乐官网关于无线控制器的更多信息,查看我们的教程如何构建无线杀手开关.
  • 专用Arduino Pro Mini控制无线杀手开关系统的继电器。
  • 调试LCD:我们计算了液晶屏作为一个微控制器,因为它有一个Arduino在其中。
  • 传感器组合器:SAMD21迷你轮询串行GPS和IC罗盘。
  • 激光控制器:SAMD21迷你控制三个基于串行的激光距离传感器,结合相关信息并响应来自大脑的请求。
  • 三个STM32是激光距离传感器中的大脑。

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控制电子学-大脑

控制器和反向旋钮

大脑是一个SAMD21迷你.它通过I发送命令C总线到机车控制器并调试LCD。

在图像顶部的4针JST连接器:我们使用4线总线(5V,GNDSDA,SCL)用于通信,并且具有贯穿总线的各种抽头以允许设备被连接。这工作真正地而且允许在需要的时候移动设备。

左边的4针JST连接器:这是四根电线连接到按钮上。告诉车辆在自主控制下开始导航,我们用过金属瞬时按钮这说明当一切都是在线和幸福的时候。人按了两下按钮,车子开始比赛。

大灰色把手:这是原来的正反旋钮,我们重新使用,以控制方向开关的电机控制器(两个引脚时,缩短在一起造成一个方向,当打开导致另一个方向)。

大脑的大量且写得不好的控制代码可以找到。在这里.

路点的EEPROM

SAMD21没有内部EEPROM。因为我们需要将GPS路点和其他配置数据存储到非易失性存储器,我们使用外部设备C EEPROM.对,您可以在SAMD21上使用称为模拟EEPROM的东西,但是,每次你重编程板,您将覆盖以前存储在模拟EEPROM中的任何内容。外部EEPROM使得存储和收回路点和设置更加容易,而不必在主控制代码中混在一起。

控制电子学.运动

运动控制器PCB

挂上运动控制器

注意偏振连接器和惊人的标签!你不想猜晚上11点有什么东西插到哪里。比赛日之前。运动控制器代码可用在这里,以及PCB布局在这里.

因为我们最终希望这头野兽能够自主,我们需要把一个控制器放在节气门和电机控制器之间的中间。我们用阿杜伊诺亲迷你这做了各种各样的传感和控制:

  • 读油门
  • 输出模拟电压到电机控制器
  • 读取制动开关
  • 读取转向位置
  • 线性转向执行机构的控制
  • 读取人/机器人控制开关
  • 接收并响应对I的控制命令C.

恐慌按钮和第三开关

不要惊慌

控制器将监控火箭开关和制动开关。如果有人踩刹车或关掉火箭开关,控制器将进入安全关机,并忽略来自大脑的任何命令。

办公桌上的12V线性驱动器

转向控制使用一个12V的线性驱动器过电压至24V额外的速度。两个继电器控制着向前/向后的运动。

齿条小齿轮转向

转向位置是通过将六角扳手切割到大约1来获得的。把扳手插入随车轮转动的螺栓中。然后用粘合剂衬里的热收缩将扳手连接到一个10k的小玩意上——这个技巧被称为可怜的人一条3线带把小饰物连接回运动控制器。它运作良好,但是我们必须保持模拟信号线远离电源总线;否则,ADC读数中有严重的噪音。

底盘执行机构

底盘与蝙蝠车抬高看到转向执行机构

对于未来的车辆,我们要改变这个设置。它工作得很好,但是一旦螺栓将执行器连接到转向器,你不会开车;只有电脑可以。所以,与其把车开到起跑线上,我们必须带着这头75磅重的野兽。太痛苦了。未来,我们计划找一个背驱动执行器或者可能是电线驱动。

控制电子学-显示器

节气门和显示器

节气门和显示器

我们在1”中切出缺口在蝙蝠车里装了两个显示器。中心显示器是功率计。几乎每个A+PRS和PRS的竞争对手都使用这些超级计算机。低成本电能表显示电池电压。我们有一些问题,但是它工作得很好。最后,我们注意到车速的下降(表明电池耗尽)很久之前,我们注意到显示器显示较低的包电压。但是,它确实帮助我们决定什么时候挖坑(从来没有!因为标称的48V封装电压下降到42V,在那里我们可以开始损坏SLA。

右边的显示器是20x4字符调试LCD。基本上,它是我们的20X4液晶显示器显示器(它是一个原型产品,快来你附近的剧院!)

控制电子学.传感器

与SAMD21连接的GPS和罗盘

连接到SAMD21的GPS+指南针

传感器组合器是一个SAMD21迷你监测GPS接收机和IC罗盘。我们决定使用SAMD21,因为它可以配置为具有多个硬件串行,IC端口。如果希望隔离I,则需要这样做C设备来自主总线。我们希望“大脑”去请求标题并获得标题;传感器组合器负责低电平IC函数的罗盘和航向计算。同样地,组合器从基于u-blox的GPS模块中侦听串行流,并分析出所有需要的纬度/经度/SIV信息。

可以找到传感器组合器的代码在这里.

控制电子学-激光器

带顶盖的蝙蝠车

在汽车前部看到的激光磁带测量,裹箔

为了与任何反对派保持距离,我们破解了三个激光胶带措施,车子的左边或右边。激光磁带测量越来越便宜,虽然读出速率(在最好的情况下为3Hz)对于LIDAR来说不是很大,足够快了,低成本的自治权。

有线到控制器的激光器

汽车前方的激光控制器

不幸的是,激光磁带测量发射出足够的射频干扰我们的GPS模块,所以我们把激光用箔包起来。这些传感器应该得到它们自己的指导,很快就会写的。

带连接器的PCB

带标签的激光控制器

我们再次选择SAMD21迷你帮助我们控制和组合来自三个传感器的串行信息。激光控制器将向磁带测量发送相关的控制串并监视响应,将它们组合成左/右/中心的距离。大脑会通过I向激光控制器请求这些值C.

注意大量的标签和偏振连接器JSTS工作很棒!)这个系统需要大量的调试,但是工作得很好,因为我们能够快速地断开和重新连接系统的各个方面。

可以找到激光控制器的代码在这里.

问题

和任何项目一样,亚博官网一路上我们要克服许多问题和障碍。这里有几个真的很疼。

EMI与GPS

激光磁带测量对GPS接收造成严重干扰。我们最终将GPS模块移动到汽车的后部,提高了定位精度。然而,马达对罗盘造成干扰。

直流电动机电动势

直流电机产生大量的电磁噪声。我们最初用48V的电池为整辆车供电。然而,当发动机启动时,它会引起足够的波纹,使大脑故障和重置。我们试着给I供电C总线,但是,因为需要将运动控制器连接到电机控制器,必须共享GND连接。喧闹声终于传遍了我。C总线。将来,我们将光学隔离IC总线。

缺乏EEPROM

因为SAMD21没有内部EEPROM,我们无法在板上存储GPS路标。我们通过使用基于C的EEPROM。

在驱动器/无驱动器之间切换转向

很难从齿条和小齿轮转向装置上安装和拆卸线性致动器。一旦执行机构连接到转向器,驾驶员不能主动转向(例如,到起跑线)。这可以用不同的致动器固定,该致动器可以反驱动,或者我们可以满月开车,把转向柱从转向架上拆下来,让它控制一点点,反过来,控制线性驱动器(由线驱动)。

小贴士/最佳实践

猪在空中依次尾巴

提示1)早点开始–这些车辆花费大量时间。和朋友聚在一起开始黑客攻击。这是一个伟大的爱的劳动,在时速15英里的卡丁车里漂流会让你咯咯笑。

技巧2)反转–买一个带倒档的电动机控制器。这样你就可以做到了开车你的车在你需要的地方,而不是运送你的车在你需要的地方。

提示3)使用连接器!!-我写过使用连接器几次。使用偏光连接器和标签制作器,以明确哪些插头在哪里。

技巧4)正确地调整电机和电机控制器的尺寸–我们搞砸了马达控制器,因为它被低估了。我们的一个朋友抽他的马达是因为他推动了太多的电流。选择您的系统电压和电流,然后尽你所能把收视率加倍。

提示5)小心干扰–这些车辆在加速时可以拉30安培或更多,这会引起大的电磁场。保持非屏蔽电缆和敏感传感器远离电源线。

提示6)无线控制和传感器记录–在你拿起75磅的车,第五次把它拖到起跑线上之后,你会明白远程控制的必要性。创建一个无线系统,允许你从远处接管车辆的控制,这样你就可以在需要的地方驾驶它。并且传输传感器数据,这样你就可以看到车辆在做什么。

拿着蝙蝠车辫子的内森

希望你喜欢阅读!明年见自动增益控制!!


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