Projekt Mähroboter

[Feuerring]

Hallo zusammen,

würde gerne mein Projekt Mähroboter ( Planung und Umsetzung ) hier vorstellen, derzeit bin ich noch in der Planungsphase ...

Habe in den letzten Wochen viel Zeit damit verbracht, die Projekte von den Pionieren hier im Forum und im RN-Wissen zu studieren.

Zu meinem Projekt:

- Mähroboter

Anhang 31764 Anhang 31763
Um möglichst gut in die Ecken zu kommen haben ich mich entschieden vorn zwei Mähwerke zu setzen,
dazwischen ein Servo-gelegtes Rad 100 mm, hinten ein drittes Mähwerk.
Als antrieb kommen hinten zwei 260 mm Räder, die getrennt angetrieben werden.
Je nach Einschlag der Lenkrolle werden die Antriebsmotoren unterstützend verschieden stark angetrieben.
Die drei Mähwerke sitzen auf einer Trägerplatte, diese kann zur Grundplatte in verschieden höhen arretiert werden.
Die Akkus kommen hinten unter die Grundplatte bei der Achse, um den Schwerpunkt möglichst tief zu halten ...

- Schleifen-Begrenzung

In Anlehnung an der Schaltung Begrenzungsschleife_-_Induktionsschleife
habe ich mir folgendes Überlegt:

Ein Netzteil lädt über einen Widerstand ein Hochstrom-Kondensator, dieser wird über einen MOS-FET an die Schleife gelegt,
je nach länge (ca. 100m) und Durchmesser (1-1,5 mm²) soll ein Strom (Piek) von 10-20 Ampere durchfieseln,
durch die Entladung des Kondensator aber rech schnell dann zusammenbrechen und nicht stetig anliegen,
ich möchte damit die Induktive Rückenbespannung in der Empfängespule minimieren.

- Positionserkennung auf der Begrenzungs-Schleife
Ich möchte an /auf der Schleife Fix-Punkte positionieren, die eine Orientierung des Bot zu erleichtern.
eine erste Überlegung war an wichtigen Poritionen IR-Sender in den Boden einzulassen und am Bot-Boden ein IR-Empfänger.
Eine andere Überlegung ist es den Induktions-Draht mit zwei-drei Windungen 90° dreht zur Induktionsschleife darunter zu positionieren,
ein waagerecht dazu aufgerichteter Empfänger(Spule) kann so beim Überfahren dessen Ausrichtung ermitteln ...
Der Bot bekommt 6 bzw 7 Empfänger(Spulen) für die Induktionsschleife 2x vorn, 2x Mitte und 2x hinten und eine in der Mitte(waagerecht ausgerechtet) um die Fix-Punkte zu erkennen.
Die 6 Empfänger an den Ecken / Mitte sollen nicht nur detektieren ob der Empfänger(Spule) innerhalb oder außerhalb sich der Schleife befinden, sondern bei der Schleifen-Fahrt auch den Draht genau mittig durch die Feldstärke ermitteln / positionieren.


- Funktionen
Der Bot bekommt eine Funkstrecke zu einem PC (Server 24x7) um seine Aktivitäten / Positionen zu übermitteln, von dort bekommt er auch seine Befehle, wie dieser wo und wie zu mähen hat (Mähprogramme)
Der ganze Bot bekommt eine Gummi-Puffer gelagerte Haube die knapp bis zum Boden reicht, um ein anstoßen ringsum bzw. ein anheben zu detektieren.

Die Ladestation wird durch ein FIX-Punkt auf der Begrenzungs-Schleife angezeigt und soll dann Rückwarts angefahren werden ...

Das ganze soll ein Winter-Projekt werden und im nächsten Jahr(Sommer) seine Dienst leisten ...

Gruß Ralf

- - - Aktualisiert - - -

hier noch mal die Bilder ...

[Rabenauge]

Erster Kritikpunkt: das Dreirad.
Das Ding wird sich in jedem Mauseloch recht zuverlässig fest fahren.
Bei anderen Unebenheiten hast du dann öfter mal die Messer im Dreck- ich hab _einmal_ mit nem dreirädrigen Mäher arbeiten "dürfen"- nach ner Stunde war ich mit dem Ding durch.

[Feuerring]

Hallo Sly,

in der ersten Planung habe ich ein 100 mm Rad mit entsprechender Breite 3-4 cm vorgesehen, irgendwas mit Vollgummi und Profil, soll ja auch zum lenken verwendet werden.

wenn ich vorn zwei Lenkräder verwendet Zeichnung (3) verliere ich die Möglichkeit beim mähen vernünftig in die Ecke zu kommen ...
mein Rasen ist bereits mit einer 10cm breiten Mähkante eingefasst ... durch den Schleifen-Draht und einer Rand-Mäh-Funktion möchte ich mir ein nachschneider der Ränder ersparen.

In der Zeichnung (2) habe ich meinen ersten Entwurf Zeichnung (1) noch mal angepasst, grösseres Lenkrad (Mitte) ca. 140 und zwei kleinere Mähwerke vorn,
das Mähwerk in der Mitte muss dann aber grösser werden ... die Mähwerke kommen auf eine eigene Trägerplatte, so kann ich auch später noch Anpassungen vornehmen,
ohne gleich den ganzen Bot neubauen zu müssen, er Bot wird erstmal ohne Mähwerk / Trägerplatte aufgebaut ohne die aber aus den Augen zu verlieren.
Als erstes muss der Bot vernünftig fahren und die Schleife (Begrenzung) erkennen und auch dieser optimal folgen können ...



Bin auch am Überlegen das nicht angetriebene Lenkrad als Referenz-Rad für Wegstrecken Ermittlung mit zu nehmen.

[Feuerring]

Bin gerade dabei das Lenkrad und dessen Lenk-Antrieb zu planen ...

es gibt mehrere Möglichkeiten:

1. DC-Schnecken-Getriebe-Motor und ein Poti um die Position des Rades zu ermitteln.
2. Schritt-Motor mit Planeten-Getriebe und einem RNST01-I2C / L289 Treiber.

Ich benötige einen Lenkwinkel von 180° (+/- 90°) während der Fahr sollte so gut wie keine Kräfte auf den Lenk-antrieb wirken.
Die Stellzeiten bei 180° werde ich mit max 2 Sekunden ansetzen / 30-40 RPM am Getriebeausgang.

Bin gerade noch die vor und nachteile abzuwiegen und dabei noch unschlüssig ...

Vor und Nachteile:
Lösung (1a) DC-Motor mit Poti und einem M51660L als PWM-Positions-Treiber ... bin mir aber nicht sicher wie die PWM-Auflösung für ein Servo dann damit ist.
Lösung (1b) DC-Motor mit Poti und einem MC33030 als -Treiber der vergleicht zwei-Spannungen(Poti und z.B. ein DA-Ausgang) und stellt danach den Motor über eine H-Brücke
Lösung (1C) DC-Motor mit Poti direkt von der CPU über eine H-Brücke gesteuert und einem analogen Eingang um das Poti abzufragen

Zu Lösung(2) exakte Positionierung, benötigt aber immer einen Haltestrom und muss auch immer mal wieder per Endschalter justiert werden, wegen möglicher Schrittverluste ...

Favorisiere derzeit noch 1b

[damfino]

Bei dem Design hast das meiste Gewicht auf dem Lenkrad. Das wird bremsen, einsinken, und die Antriebräder drehen durch.

Absolut kein Schutz vor den Messern möglich, wenn der dir über die Zehen fährt macht er sofort Hackfleisch.
Bei Robotern sollte man mehr Sicherheit als bei normalen Rasenmähern vorsehen, man weiß nie was zB Besucher machen.

Zum lenken nimm doch ein Modellbauservo...

[Feuerring]

Hallo damfino,

besten Dank für die Anregungen ...

Bei dem Design hast das meiste Gewicht auf dem Lenkrad. Das wird bremsen, einsinken, und die Antriebräder drehen durch.

hinten zwischen den Rädern kommen die Akkus, die kann ich so verschieben, so das das Lenkrad optimal belastet wird, ein gewisser Druck ist aber auch von Nöten.

Absolut kein Schutz vor den Messern möglich, wenn der dir über die Zehen fährt macht er sofort Hackfleisch.

Das ist natürlich klar, um die Mähwerke hatte ich vor eine Reihe von langen 4M Schrauben an der Mäh-Trägerplatte zu schrauben ... so eine Art von Kamm,
so lang das die Messer dahinter laufen, der ganze Bot bekommt ein Cover, der bis knapp über den Boden reicht und auf Verschiebungen zur Grundplatte reagiert.

Also auf anstoßen an allen Seiten, anheben oder auffahren reagiert ...

Zum lenken nimm doch ein Modellbauservo

Darüber habe ich schon nachgedacht, möchte aber an der Achse, das Lenkrad direkt befestigen, dafür sind diese Servos nicht ausgelegt ...


Üpdate ...

habe mir heute Gedanken über den Antrieb gemacht ...


Hatte erst für die Hinterräder einen Scheibenwischer-Motor mit Schnecken-Getriebe in betracht gezogen,
hat aber nachteile in der symmetrischen Befestigung, desweiteren müssen die beiden Motore immer in entgegen gesetzter Richtung laufen und das tuen Sie nun mal mit unterschiedlicher Leistung ...

Nach längerem suchen habe ich einen Faulhaber-Motor mit Getriebe und Encoder (Servo-Motor) gefunden.
Jeder der Beiden Motoren hat 12V und 17W mit 120 U/min , der Inkrementale AB-Drehgeber liefert dabei 768 CPR an der Antriebswelle.
Die Räder(26cm) werden über eine Kette mit einer Untersetzung von 40/8 angetrieben ...

So ist bei 100% Motor-Leistung eine Geschwindigkeit von 19,6 Meter / Minute bei einem Drehmoment von ca. 8,5 Nm möglich.
Die Geber-Auflösung ergibt sich dabei mit 4706 Impulse / Meter.
Die Inkremental-Drehgeber will ich zu einem für die Wegstrecken Ermittlung verwenden und eins der beiden Signale um die Drehzahl des jeweiligen Motor zu regeln ...

Das Lenkrad 120-125 mm bekommt noch einen zusätzlichen Inkrementalen AB-Drehgeber mit einer Auflösung von 400 CPR was auf einen Meter dann 1062 Impulse / Meter ergibt und so unabhängig vom Antrieb funktioniert.

[damfino]

Habe den Akku hinter den Rädern, und trotzdem fast zu viel Gewicht auf den Vorderrädern.

Die Kette muss gekapselt werden, es ist unglaublich was sich alles an Schmutz und Staub sammelt.

Darüber habe ich schon nachgedacht, möchte aber an der Achse, das Lenkrad direkt befestigen, dafür sind diese Servos nicht ausgelegt ...

Dafür ist die Achse eine DC Motors aber auch nicht geeignet. Die zulässigen Axiallasten sind meist recht gering.
Daher besser die Lenkachse massiv ausführen und lagern, daran kann man immer noch den Servo anflanschen

[Feuerring]

Habe den Akku hinter den Rädern, und trotzdem fast zu viel Gewicht auf den Vorderrädern.

Gehe mal davon aus, das Du Schleppräder vorne hast, da mag es bei zu viel Gewicht störend sein,
denn die müssen ja immer in Ihre Richtung gedrängt werden, bei ungünstiger Stellung benötigt man da sehr viel kraft.

Die Kette muss gekapselt werden, es ist unglaublich was sich alles an Schmutz und Staub sammelt.

Danke für den Tipp, muss ich in meiner Planung mit einbeziehen ...

Dafür ist die Achse eine DC Motors aber auch nicht geeignet. Die zulässigen Axiallasten sind meist recht gering.
Daher besser die Lenkachse massiv ausführen und lagern, daran kann man immer noch den Servo anflanschen

Möchte den Aufwand natürlich so gering wie Möglich halten, habe einen Winkel-Getriebemotor mit zweifach gelagerter 10mm Welle in der Auswahl,
werde aber das Lenkrad als Modul auslegen, Falls doch eine Nachbesserung von Nöten ist ...

[Feuerring]

Update ...

habe heute meine beiden Funk-Module (HC-11 433MHz) bekommen und gleich mal ausprobiert,
Aus meinem Büro im Haus, habe ich die Funkverbindung über das gesamte Grundstück ausgetestet und mit einem mobilen Modul alles abgelaufen ...

Später soll der Funk-Transmitter für den PC dann draußen am Haus (Grundstück-Mitte) angebracht werden, um eine 100% Abdeckung zu gewährleisten.

Habe aber Probleme mit dem SET-Mode ... wollte mal mit der Einstellung der Kanäle spielen ,
also Funk-Modul Pin(5) auf GND gelegt, dann an das entsprechende Modul über die TTL-Schnittelle AT bzw ATV gesendet ... keine Reaktion

Sobald ich Pin(5) wieder auf HIGH schalte, funktioniert das Modul nach wie vor und kommuniziert mit dem anderen und überträgt bzw. empfängt Daten ...

Hat da einer einen Tipp für mich ... was mache ich falsch

[Feuerring]

Update ...

habe mir mal Gedanken über die Module und dessen Funktionen / Verkabelung gemacht ...



Ist nur erst mal ein Grund-Konzept ... Details folgen dann bei der Umsetzung.

Es wird eine MASTER_STOP_Leitung geben, wird diese auf LOW gezogen schalten alle Motor_Treiber ab,
diese Leitung kann dann von verschiedenen Modulen auf LOW gezogen werden ( NOT-AUS-Taster / Cover wird angehoben / Störung im System usw. )

Die Stromversorgung der verschiedenen Module (Nano) kann vom Master abgeschaltet werden z.B. Standby in der Ladestation / neustart bei Störung ...

Der Master bekommt ein Watchdog und muss auch im Standby immer laufen, die Verbindung zum PC ist zwingend, bei einem Time-out geht der Bot in Standby ...