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Thema: RasenRobo - noch einer -

  1. #1
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    RasenRobo - noch einer -

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    Gruß an alle Rasenmäher-Bastler,

    insbesondere aber grüße ich Christian H und MichaelM. Ich möchte mich ausdrücklich bei Euch bedanken. Denn ohne Eure Beiträge und Hilfestellung wäre nachfolgende „Erfolgsmeldung“ wohl nie entstanden.

    Nach längerer Bastelpause und vielen Irrungen und Wirrungen habe ich es nun auch endlich geschafft. Seit Anfang Mai mäht mein RasenRobo zwei Rasenflächen von rd. 380 qm und 100 qm zu meiner vollsten Zufriedenheit. Lediglich den Rand habe ich gelegentlich mit einem „normalen“ Mäher nacharbeiten müssen. Das ganze sieht noch etwas nach „Prototyp“ und Provisorium aus. Eine Nachfolgeversion ist geplant und wird dann hoffentlich etwas solider ausgeführt werden.

    Maße (LxB) : 60 x 30 cm
    Gewicht ohne Akku’s und ohne Haube 4,3 kg

    Antrieb / Mechanik:
    2 x RB 35, Untersetzung 1:200
    Akkupack: 12 V, 3,5Ah (Antrieb)
    Akkupack 14,4V, 3,3Ah (Mähmotor)
    Räder gefertigt aus Plexiglas 6mm, Durchmesser 21 cm
    Ca. 15mm vom äußeren Rand sind jeweils 32 Rundmagnete (5 x 3 mm) eingelassen,
    die per Hall-Sensor abgefragt werden.

    Der Raddurchmesser wurde so gewählt, dass die Motoren oberhalb der Bodenplatte montiert werden können. Sie sind dort besser geschützt, wenn die äußeren Bedingungen nicht so optimal sind (noch leicht feuchtes und/oder fettes Gras z.B.) Die Position unterhalb der Bodenplatte (wie bei Robitobi) finde ich nicht so gut.

    Meine Bodenplatte besteht aus 6mm – Plexiglas. Plexiglas ist zwar relativ schwer, aber gut zu bearbeiten.

    Die Stützräder (2-Stück) stammen aus einem ausgeschlachteten Solar-Mover von Husquarna, den ich mir schon etwa 1997 zugelegt habe (das Gerät hat sich letztenendes nicht bewährt). Aus dieser Zeit stammt übrigens die Idee, so etwas einmal selber zu bauen.

    Elektronik / Antrieb
    RNFra-Board von robotikhardware.de mit Mega 32. Das Board ist für diesen Zweck „überdimensioniert“; aber es war nun einmal da. Inzwischen liegt schon das RN-Control 1.4 bereit, welches in der Nachfolgeversion verbaut wird.

    Die Software (Bascom) regelt die Sollgeschwindigkeit und den – annähernden - Gleichlauf der Räder. Letzteres ist für die Chaos-Mähstrategie (s.u.) einigermaßen wichtig.
    Da mein Mäher sich gelegentlich an 2 Bäumen so unglücklich festfährt, dass die Motoren blockieren (und zerstört werden), habe ich nun endlich diesen Fall per Software abgedeckt. Wenn eines der Räder sich nicht mehr dreht, werden die Motoren einfach abgeschaltet. Diesen Fall werde ich auch noch hardwaremäßig durch 2 weitere Bumper (Schalter) abesichern.

    Mäh-Strategie
    ist aktuell noch ziemlich simpel, das Ergebnis kann sich trotzdem sehen lassen.
    Der Mäher hat vorne links und vorne rechts jeweils einen Sensor (siehe dazu weiter unten ) und einen mechanischen Bumper (Schalter). Nach Ansprechen eines Sensors/Bumpers setzt der Mäher ca. 60 cm zurück. Ist der linke Sensor/Bumper ausgelöst worden, dreht der Mäher sodann in einem bestimmten Winkel nach rechts und umgekehrt. Ich habe es mit verschiedenen Winkeln probiert. Im Ergebnis gibt es keine grossen Unterschiede. Der Mäher fährt chaotisch auf dem Grundstück hin und her und trifft irgendwann jeden Halm. Unvermeidlich bei diesem Verfahren ist, dass der Mäher die Ränder und einige „schwierige“ Lagen nicht so häufig „trifft“, was aber durch längere Mähzeiten ausgeglichen werden kann. Den Einsatz eines elektronischen Kompasses halte ich für überflüssig. Die Mähstrategie kann man mit dem Kompass m.E. nicht wesentlich verbessern. Ich habe mir so ein Ding (CMPS03) besorgt und getestet. Dieser Kompass zeichnet ist vor allem dadurch aus, dass er störanfällig ist.

    Mähwerk / Mechanik
    Den Mähteller mit Messern etc. habe ich mir komplett als Ersatzteil von Husquarna besorgt.
    Hier wollte ich schon aus Sicherheitsgründen keine Experimente machen.

    Mähmotor ist ein Brushless-Typ aus der Serie 430 der Firma Torcman. Der Motor hat ein hohes Drehmoment und mäht auch hohes, feuchtes und „fettes“ Gras. Der Motor mit Controller ist zwar teuer, aber gut. Ich beziehe mich hier auf die Ausführungen von Christian H, welcher unter http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=19825 sein Rasenmähermodell vorgestellt hat. Die daran anschließende Diskussion, insbesondere aber auch die Beiträge von MichaelM in diesem Thread haben mich ermutigt, den Selbstbau eines Rasenrobos in Angriff zu nehmen.

    Mähwerk / Elektronik
    Zum Brushless-Motor gehört natürlich ein entsprechender kommerzieller Controller, welcher wiederum von meiner Eigenbau-Elektronik angesteuert wird. Diese ist völlig unabhängig von der übrigen Elektronik. Über einen Opto-Koppler (CNY70) und Attiny2313 mit einem kleinen Bascom-Programm wird die Soll-Drehzahl des Motors gegeregelt. Momentan funktioniert der Optosensor nicht. Per Programm habe ich daher den PWM-Wert fest vorgegeben. Das funtkioniert sehr gut. Mit diesem leistungsfähigen Motor kann man m. E. sogar auf eine Drehzahlregelung verzichten.
    .

    Induktionsschleife, Induktionsgenerator und Sensoren

    Da ich hiermit (genauer mit der Eliminierung der Störungen durch die Motoren) die größten Schwierigkeiten hatte, gehe ich auf diese Thematik etwas ausführlicher ein. Ich kann mir nicht vorstellen, dass diese Probleme nur bei mir aufgetreten sind. Wenn ich allerdings die Beiträge hier im Forum lese, dann scheint alles so „easy“ zu sein (zuletzt RobiTobi). Störungen scheint es gar nicht zu geben. Ist das wirklich so, oder habt ihr keine realistischen Bedingungen (z.B. nur 25 qm Rasenfläche, also Mini-Schleife) ?

    Generator- und Sensorschaltung folgen weitgehendst den von Christian H und MichaelM vorgestellten Schaltungen (siehe auch RN-Wissen unter Sensoren bzw. Navigation). Der Nachbau ist problemlos. Den Generator habe ich zunächst mit einem Notebookschaltnetzteil 22 V, 3 A versorgt; der Vorwiderstand im Generator wurde zwecks maximaler Leistung überbrückt.

    Die wirklichen Probleme stellten sich bei mir aber erst im praktischen Betrieb ein, wenn also Antriebs- und Mähmotoren arbeiten und eine größere Rasenfläche (bei mir bis zu 400 qm) durch die Induktionsschleife begrenzt werden soll.

    Mein ganzes Projekt wäre beinahe daran gescheitert, dass ich die Störungen durch die Motoren nicht in den Griff bekam. Den Mähmotor habe ich sogar mit 3-lagigem Mu-Metall abgeschimt, die Verdrahtung optimiert (verdrillte Versorungsleitungen, gemeinsamer, zentraler Massepunkt sowie zwischen Sensoren und den Motoren eine Distanz von etwa 20 cm gelegt; testweise sogar noch größere Abstände. Schließlich habe ich sogar mit 3 verschiedenen Akkupacks gearbeitet, um jegliche gegenseitige Beeinflussung der Baugruppen weitgehendst auszuschliessen. Antriebsmotoren, Mähmotor und (nur für Testzwecke) sogar Sensoren werden also jeweils durch einen eigenen Akku versorgt. Durch die getrennten Akkus kann man die einzelnen Baugruppen auch bequem einzeln und in beliebiger Kombination in Betrieb nehmen.

    Durch die Erweiterung der Sensorschaltung von MichaelM um den 6-fach-Inverter mit Kontroll-LED kann man die LED (blinkt bei Empfang des Signals mit 5Hz) zur Einstellung der optimalen Verstärkung (mit P1) im Gelände benutzen. Willkommener Nebeneffekt ist, dass man das RC-Glied vom Ausgang des 2. OPV’s zum Ausgang des 2. Inverters verlegen kann. Ich hatte hier bei niedrigem Verstärkungsfaktor Rückwirkungen festgestellt, die nun nicht mehr möglich sind.

    Im einzelnen habe ich noch Folgendes beobachtet:
    • Die Feldstärke des Induktionssignals ist offensichtlich auch abhängig von der Luftfeuchtigkeit.
    • Die Feldstärke ist etwas geländeabhängig. In einer kleinen Senke (nicht mehr als 20 cm ) bei einem Abstand vom Schleifendraht von etwa 3,50m war die Feldstärke so niedrig, dass der Signalempfang aussetzte (Verstärkung minimiert).
    • Die Störpegel von Antriebsmotoren und Mähmotor scheinen sich sogar zu addieren.
    • Facit: Der Verstärkungsfaktkor des Sensors ist nach meinen Erfahrungen dann optimal eingestellt, wenn das Nutzsignal am Ort mit der geringsten Feldstärke gerade noch sicher empfangen wird. Optimal ist also eine möglichst geringe Verstärkung, nicht etwa umgekehrt.

    Bei einer kleineren Fläche habe ich es gelegentlich geschafft, die Sensoren so einzustellen, dass der Mäher ohne Störungen lief. Die Einstellung war aber nicht stabil; am nächsten Tag zeigten sich wieder Störungen, ohne dass irgendetwas verändert wurde. Wenn es dunkel wurde, nahmen die Störungen zu. Irgendwann bin ich dahinter gekommen, dass die Luftfeuchte offensichtlich die Feldstärke des Nutzsignals beeinflusst; Auch ein anderer Akku-Ladezustand verursachte Störungen.

    Aus allen diesen Erfahrungen gab es für mich nur eine Konsequenz: Das Verhältnis Nutzsignal zu Störsignal musste deutlich verbessert werden. Ich habe mir sodann ein Schaltnetzteil 36 V (mit Trimmer einstellbar zwischen 30 – 40 V) , 8,8 A besorgt, nach dem Motto: viel hilft viel. Damit waren praktisch alle Probleme gelöst. Das Nutzsignal war nun so hoch, dass die Empfindlichkeit der Sensoren weiter heruntergeregelt werden konnte. Meine große Schleife (ca. 130 m, 1,0 qmm Litze) hat einen ohmschen Widerstand von etwa 3, die Ausgangsspannung musste ich bei dieser Schleife aber immer noch auf nahezu Maximalwert einstellen. Der Vorwiderstand von 2,2 r / 11W wird zwar sehr heiß, hält aber offenbar durch, wenn ich ihn mit seinen Anschlussdrähten „freischwebend“ auf der Platine montiere. Ich habe den Generator sogar mit überbrücktem Widerstand schon stundenlang laufen lassen, da mit der grossen Schleife gegen Abend gelegentlich schon wieder Störungen auftraten. Der Impulsstrom müsste in dieser Version deutlich über 10 A liegen. Alle Bauteile einschließlich Netzteil und Kondensator überstehen auch diese „brutale Version“ bisher ohne Probleme. Der IRL3803 zeigt nur eine leicht erhöhte Temparatur.

    Wie eingangs erwähnt, läuft der Mäher seit Anfang Mai zu meiner vollsten Zufriedenheit und hält insgesamt fast 500 qm kurz. Ich bin wirklich positiv überrascht, wie praxistauglich das Gerät ist. Der Mähmotor wird auch mit hohem, fettem Gras fertig. Die Laufzeit liegt bei rd. 2 Stunden, wobei der Fahrakku noch deutlich länger durchhalten würde. Ein 2. Akku-Satz sorgt dafür, dass der Mäher erforderlichenfalls auch 4 oder 6 Stunden pro Tag nahezu ununterbrochen laufen kann. Es macht richtig Spaß, ihm beim Arbeiten zuzusehen und die Nachbarn haben sich auch schon an dieses seltsame Wesen gewöhnt. Ein passender „Deckel“ fehlt mir leider noch. Ich Suche hier immer noch nach einer passenden Baby-Badewanne o.ä, wie sie RobiTobi benutzt.

    Den Bau einer automatisch anfahrbaren Ladestation habe ich zunächst zurückgestellt. Den Mäher kann ich ohnehin nicht völlig unbeaufsichtigt laufen lassen, da ich bei mir nicht mit Sicherheit verhindern kann, dass Kinder das Grundstück betreten. Das Mähwerk ist schließlich bei ca. 2000 rpm kein harmloses Spielzeug.

    Es gibt noch viele unerledigte Baustellen, z.B. Überwachung der Akkuspannung mit Abschaltautomatik, Fernbedienung, Optimierung der Mähstrategie und der Software und schließlich auch die Ladestation. Das ist aber alles zweitrangig. Wichtig ist eine im realen Betrieb sicher funktionierende Induktionsschleife, ein kräftiger Mähmotor und ein erträgliches Verhältnis zwischen Akkukapazität(en) und Gewicht.

    Hier ist ein Video:
    http://www.youtube.com/watch?v=wBoXh1EqYvk


    Viele Grüsse
    jguethe
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  2. #2
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    Hi,
    Sieht toll aus dein Projekt!
    Ich habe noch zwei Fragen:
    Wie lange hat dein Bot bis er den ganzen Rasen (jeden halm!) gemäht hat, mit der Chaosstrategie? Dauert das nicht imens lange?
    Wie viel hat das ganze ca. gekostet?

    Das Video kann so lang sein wie du willst. Du musst es einfach auf www.youtube.com laden und dann den Link posten.

    Hast du vielleicht auch noch Bilder vom Bot selbst?

    Liebe Grüsse!
    Wer keine Illusionen mehr hat, wird weiterhin existieren, aber aufgefhört haben zu leben.
    (Leonard da Vinci)

  3. #3
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    Hi da-vinci,
    ich habe nun 2 Bilder produziert.
    1 Video folgt. Dauert wohl noch bis morgen, weil die Anmeldung bei Google/YouTube hakt. Ich bekomme keine Bestätigungsmail.

    Zu den Kosten (ganz grob):
    Mähmotor mit Controller €250,00
    Mähteller €100,00
    RN-Board 1.4 € 50,00 (das grosse Board 130,00, muss aber nicht sein)
    2 Akkupacks € 70,00
    Sonstiges mindestens €200,00

    Man muss nicht zwingend so einen teueren Mähmotor nehmen.
    Ist der Rasen einmal kurz, alles trocken usw. , dann reicht auch ein Johnson zu € 1,95 (Reichelt). Das sind aber theoretische Bedingungen.

    Mähdauer / Leistung:
    300 qm nach 2 Stunden sind ca. 70 % fertig,
    nach weiteren 2 Stunden etwa 95 %.

    Gruss
    jguethe
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  4. #4
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    Sehr interessant! Habe deinen ganzen Beitrag mit großem Interesse gelesen.
    Das Du mit dem CMPS03 keine Erfolge hattest finde ich schade. Habe mir extra eins besorgt vor ein paar Tagen für meinen Mäher...

    Ein paar Detail-Fotos fände ich noch gut...


    MfG
    Martin
    Motio - Roboterarm - nähre Infos auf http://www.martin-jacobsen.de

  5. #5
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    Hallo jguethe,

    klasse Arbeit. Was mir noch nicht so gefallen würde, ist dieses Chaosmähen. Der Roboter ist doch durch die Induktionsschleife eingegrenzt. Wäre es nicht machbar, dass er von einer Kante der Schleife gerade zum nächsten Ende fährt. Dann um 90° dreht, eine Mähbreite fährt, dann wieder 90° dreht und zurück zur Ausgangskante fährt. Gerade bei so einer großen Fläche würde sich das ja anbieten.

    Würde auch gerne so ein Projekt wargen, allerdings ist unser Rasen so verwinkelt und zu gestellt. Wird sehr schwierig ^^
    liebe Grüße
    Der Daniel
    -
    Meine Projektseite:
    http://projects.weber-itam.de

  6. #6
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    Hi,
    habe nun ein Video-Link und einige Detailbilder eingestellt; leider ist die Qualität der Bilder nicht gut.
    Gruss
    jguethe

  7. #7
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    Sieht sehr gut aus. Eines würde ich nicht so machen. Die Stützräder, wie größ sind die. Wenn man etwas höheres Gras hat, könnte es sich verfangen. Wie schon oben geschrieben wurde, würde ich auch Streifen mähen, oder Den Grund von Außen nach Innen mähen. Sonst schönes Projekt.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter Experte
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    Hi,
    Sieht toll aus! Würde mich auf gefallen...
    Wie merkt der wenn Stein kommt? Der wendet dann ja... hab ich da vielleicht etwas übersehen?

    Grüsse!
    Wer keine Illusionen mehr hat, wird weiterhin existieren, aber aufgefhört haben zu leben.
    (Leonard da Vinci)

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Zitat Zitat von Da_Vinci13
    Hi,
    Sieht toll aus! Würde mich auf gefallen...
    Wie merkt der wenn Stein kommt? Der wendet dann ja... hab ich da vielleicht etwas übersehen?

    Grüsse!
    Knapp die Hälfte des Beitrags handelt davon: Induktionsschleife

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    191
    Hallo,
    gratuliere! Das Festfahren kommt evtl. daher, dass er nach links dreht wenn er rechts anstößt und umgekehrt. Im Endeffekt führt das dazu (bei kleinen Drehwinkeln), dass der Mäher sich in einer Ecke festfährt. Ich habe 15 Rechts- u. 20 Linksdrehungen eingestellt, bei Drehwinkeln von ca. 20 bis 140 Grad (Zufallswinkel).
    Meiner läuft auch seit 21. April zur vollsten Zufriedenheit, wenn ich wieder mal Zeit habe werde ich ein paar Bilder und Videos hier einstellen. Ich habe festgestellt, dass man jetzt dreimal solange zum Mähen braucht wie früher. Der Unterschied ist nur, dass man jetzt von der Gartenbank aus zuschaut und nicht mehr selbst mäht.
    Gruß,
    Michael

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