Rasenrobo mit Induktionsschleife, Schaltbilder, Hallsensor

Hallo Bernd_Stein,

sehr, sehr interessanter Artikel. Ich denke mir das Funktionsprinzip ist folgendes: Durch den Phasensprung in der Mitte der Sinuswelle, hat man einen definierten Zeitpunkt in dem Signal. Geht man z.b. x ganze Phasen nach vorne erhält man eine positive oder negative Halbwelle je nachdem ob der Sensor innerhalb oder außerhalb der Schleife ist. Der Zeitpunkt des Phasenwechsels müßte dabei ganz genau bestimmt werden, was ich mir andererseit schwer vorstelle, aber wie soll´s denn sonst funktionieren.

Beste Grüße

Christian

Hallo jguethe,

Zitat:

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Meine grosse Schleife ist ca 130 m lang, besteht aus 4mm Kupferlitze und wird mit einem Netzteil 24 V, 20 A !! versorgt (das alte Netzzeit 36 V 12 A reichte nicht).

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Als Vergleich: ich habe den Schleifensender + Empfänger von ChristianH nachgebaut, Schleife ist ~250m lang, größter Abstand zur Schleife sind 12m, versorgt wird der Schleifensender mit einem Eco Friendly Schaltnetzteil 12V/1500mA.

LG!

Hallo zusammen

In Ergänzung meiner unvollständigen Vorstellung der aktuellen Version meines Rasen-Roboters liefere ich nun folgende Details nach:
Fahrmotoren: EMG 49 mit integrierten Drehgeber(robotikhardware.de)
Mähmotor: Torcman 430 Serie 20 (brushless-Aussenläufer) mit Jeti-Controller Spin 75
Mähteller: kommerziell von Husquarna
Räder: Durchmesser ca. 21 cm aus 6mm-Acrylglas, Eigenproduktion
Basisgestell: Acrylglas 6mm, Abmessungen: 450 mm x 320 mm (L x B)
Sensoren: vorne links und rechts je eine Sensor-Spule (ex 24V-Relais, 900 r) sowie je 1 Bumper
Gewicht: mit Akku ca. 15 kg
Akku: LiFePo 7s, 10Ah (Akkupack aus Headway-Einzelzellen selbst zusammengestellt)
Laufzeit: ca. 4,5 Std
Akku-Ladezeit: ca. 1,5 Std bei 5,2A max.

Nachdem ich etwa 15-20 Motoren vom Typ RB35 vernichtet habe, weil diese im oberen Grenzbereich betrieben wurden und die Regelung deshalb auch nur unvollkommen funktionierte habe ich mich für eine Radikallösung entschieden.

Für die Steuerung des Mähmotors und der Fahrmotoren verwende ich als Basis jeweils eine Platine vom Typ RN-AVR-Universal (robotikhartdware.de). Diese Platine eignet sich ideal für eigene Entwicklungen, da überflüssiger Schnickschnack fehlt. Sämtliche Anschlüsse sind verpolungssichere Steckanschlüsse, wobei die Versorgungsspannung in Hochstromtechnik ausgeführt ist.

Die Platinen werden auf dem Chassis senkrecht in Platinenhalterungen eingeführt, können also sehr schnell ausgewechselt werden. Inzwischen habe ich jede dieser Platinen 2-fach.

Folgende Einzelheiten sollten erwähnt werden:
Antriebsplatine:
In der Mitte Processor und zugehörige Bauteile (Beschreibung siehe robotikhardware.de), oben habe ich die Anschlüsse für Drehgeber und Sensoren montiert. Auf der linken Seite habe ich einen 5-V-Regeler montiert. Es ist aber noch viel Platz für Ergänzungen.
Auf der rechten einen freien Fläche ist Platz für meinen elektronischen Leistungsschalter (saunten) und die beiden Motortreiber (High-Power Motortreiber 36V/9A ex robotikhardware.de), sowie Stecker/Buchsen für Stromversorgung und Motoranschlüsse.

Platine für Mähmotor
Stromversorgung über Hochstromstecker, ebenfalls ein elektronischer Schalter , Jeti-Controller auf Freifläche der Platine so befestigt, dass möglichst kurze Verbindungen für die Leistungs-Kabel entstehen

Akku-Überwachung:
Da ich nichts Passendes gefunden habe, habe ich einen Akkuwächter selbst gebaut. Die Fachleute mögen über meine Schaltung vielleicht die Stirn runzeln; aber siefunktioniert. Den unteren Schwellwert habe ich etwa bei 22,4 V (durchschnittliche je Zelle 3,2 V) eingestellt. Inzwischen gibt es sogar ein Platinen-Layout (Bastler-Version, keine Profi-Version). Die Platine ist am Akkupack dort montiert, wo der Platz für die 8. Zelle wäre.

Elektronischer Schalter für hohe Ströme
Anfänglich hatte ich normale Klein-Leistungsschalter, später Schalter aus dem Kfz-Bereich eingesetzt. Alle „klebten“ nach kurzer Zeit. Die Einschalt-/Ausschalt-Funkenüberschläge im brushless-Bereich haben jeden von mir probierten Schalter geschafft. SS-Relais waren auch nicht ideal (teuer und hoher Spannungsabfall). Da ich nichts Kommerzielles gefunden habe, habe ich meinen Schalter selber gebaut. Das ist der rechte Teil im Akku-Wächter. Jetzt kann ich alle Ein/Ausschalter beliebig positionieren, da ich jetzt nur ein Kleinsignale mechanisch schalte (Masseverbindung wird hergestellt). Der Spannungsabfall am Mosfet ist vernachlässigbar gering.

Sensoren / Störung durch die Motoren
Ich habe 2 Rasenflächen zu versorgen, eine hat ca. 150 qm, die andere ca.. 450 qm, der Schleifendraht der letzteren ist etwa 120-130 m lang.
Auf der kleinen Fläche hatte ich bisher kaum Störungen . Auf der großen Schleife hatte ich bis zur letzten Saison jedoch immer wieder Probleme, obwohl die Motoren durch einige Lagen Mu-Metall abgeschirmt waren. Im 2012 habe ich dann einen neuen Schleifendraht mit 4qmm Querschnitt verlegt und ein Netzteil 36-39V/ 12A für den Schleifengenerator eingesetzt. Es gab eine gewisse Verbesserung aber keine absolut befriedigende.
Seit Anfang dieser Saison setze ich ein Netzteil mit 24 V / 20 A ein. Seitdem läuft der Mäher absolut störungsfrei.

Bilder von meinen beiden Hauptplatinen muss ich erst noch "verkleinern"; sie folgen später. Edit: nun sind sie doch da !

@zu Damfino
das ist erstaunlich, mich würden aber auch die sonstigen Rahmenbedingungen interessieren (Motoren, wie weit sind die Sensoren davon entfernt usw).

gruss an alle
jguethe

Hallo jguethe,

die Sensoren sind ca 23cm vom Mähmotor (45W DC) entfernt, und ca 35cm von den Fahrmotoren (je 8W DC). Die Bodenplatte aber ist aus Alu, wovon einzelne Aluleisten genügen um das Schleifensignal zu stören. So musste ich einiges Alu im Bereich der Sensoren wieder entfernen. Die Sensoren sind unter der Bodenplatte angeordnet, ca 7cm über dem Boden/Wiese.
Wie halten die Motoren? Mein Robi hat nur das halbe Gewicht, die Getriebe halten 1.2Nm Dauer und 3.6Nm Kurzzeitig aus, und haben jetzt nach 2 Saisonen Probleme. Die EMG49 sind belastbarer? Ich habe schon mal andere Motoren vorgehalten, mit 2.5Nm Dauer und 7.5Nm Kurzzeitig.

Mit den Headways hatte/habe ich Probleme, letzten September waren nach 3 Wochen Pause 2 von 4 Zellen tot :(

LG!

Zitat:

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Zitat von Bernd_Stein

Threads nicht aufmerksam genug gelesen ?
Mit 330µH funktionierte es nicht ausreichend.
Millihenry ( mH ) ist um den Faktor 1000 mal größer als Mikrohenry ( µH ). Also unter 100mH würde ich da gar nicht herumexperimentieren.

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Darum habe ich ja auch Induktivitäten ab 1000µH aufwärts bestellt ;)
Aber Du hast tatsächlich recht, ich habe bei meiner Bestellung zwar Dein obiges Posting wahrgenommen und mich bestätigt gefühlt, aber die 100mH Induktivität ist nun irgendwie doch nicht auf die Liste gekommen. Dumm, weil schon abgeschickt... Kommt dann mit der nächsten Bestellung.

Grüße,
Harry

Hallo Damfino,
bei mir sind die Abstände zu den Spulen nahezu identisch. Meine Bodenplatte ist aus 6mm Plexiglas, die Seitewände, Rückwand und Frontplatte sind aus 1mm-Alu.
Meine Sensorspulen habe ich jeweils vorne links und vorne rechts von aussen auf die Alu-Frontplatte geklebt. Ich hatte erst Bedenken, aber es funktioniert problemlos.
Wenn Alu unter dem Sensor liegt, hatte ich auch Probleme.

Die EMG49 Motoren sind reichlich dimensioniert. Sie laufen seit Mitte 2012 und machen einen hervorragenden Eindruck. Auch das Getriebe scheint solide zu ein. Schon die 8mm-Achse verleiht das Gefühl der
Robusheit. Kann natürlich auch täuschen. Robotikhardware gibt ein Drehmoment von 16kg/cm (160Ncm) an. Das ist sicher der Wert am Getriebeausgang. Damit könnte mein Robbi auch senkrecht klettern. Weitere Motordaten + Datenblatt bei robotikhardware.de

Mein selbstgestricktes Akkupack hat bisher mindestens 150 Ladezyklen überstanden; einen nennenswerten Leistungseinbruch kann ich bisher nicht feststellen. Irgendwann will ich auch eine Ladestation bauen; dafür suche ich eine geeignete Schaltung. Ich würde ja gern meinen kommerziellen iCharger 1010B dafür umfunktionieren. Aber dafür müsste man einige Tastendrücke per Programm simulieren. Ich habe keine Ahnung, ob so etwas Aussicht auf Erfolg hat.

Die Betriebsdaten Deiner Schleife finde ich im Vergleich zu meinen sensationell. Die etwas andere Decodierung des Signals in der Version von ChristianH erklärt so grosse Unterschiede m.E. nicht. Ich werde das aber einmal nachbauen.

gruss
jguethe

Hallo Damfino,

mir scheint, Du hast im nachhinein Deine Entfernungsangaben (Abstand Sensorren / Motoren) korrigiert.
Bei mir sind die Werte wie folgt:
Sensoren - Mähmotor 19 cm
Sensoren - Fahrmotor 30 cm.

Meines Erachtens gilt, dass der Störpegel mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, d.h. hier spielen schon wenige cm eine große Rolle. Das bestätigen auch meine Tests mit einem Osci (Spule an Tastkopf und damit versucht, die optimale Position zu finden). Ich bin ziemlich sicher, dass ich mit Deinen Abständen weniger Probleme gehabe hätte. 12 V / 1500 mA sind aber immer noch bemerkenswert.

vg
jguethe

Hallo jguethe,
ja, die ersten Werte waren geschätzt, dann habe ich am Mäher nachgemessen und ausgebessert.
Die Sensoren waren schon mal 5cm näher an den Motoren, damit am Rand so weit wie möglich gemäht wird. Aber nachdem die Aluprofile (oberhalb der Sensoren) den Empfang störten, zB wurde die Schleife nur erkannt wenn diese parallel zum nächsten Aluprofil war, habe ich alles Alu vor den Vorderrädern durch Kunststoff ersetzt und die Sensoren so weit wie möglich vom restlichen Fahrgestell entfernt. Die Motoren waren dabei kein Thema, der Empfang war ohne diese schon weg.
So gesehen ist ein Aufbau aus Metall ein Problem für die Sensoren und sollte vermieden werden.

Etwas was aber nicht ging war in meiner ersten Mäher-Version ein hinterer Sensor optimistisch direkt neben den Fahrmotoren...

LG!

@Bernd-Stein

Hi,
ich sehe erst jetzt Deine Anmerkung zu meiner Leistungsverschwendung.
Hierzu nun meine Anmerkung: Deine Empfangstechnik beruht auf einem völlig anderen Prinzip. Wenn ich es richtig sehe, wird die - zugegeben- sehr geringe Leistung dauernd abgefordert.
Bei "meinem" Konzept bitte beachten: Impulsbetrieb! Duty-Cycle bei mir 5ms an, 195ms aus = 2,5 %; im Mittel sind es dann rechnerisch 12 W. Das ist immer noch viel, aber hört sich doch schon ganz anders an.

vg
jguethe

Hallo zusammen!

Ich lese sehr interessiert die Artikel zur Induktionsschleife und zum Sensor. Das Projekt ist auch schon am laufen. Leider finde ich nirgendwo eine Stückliste für Sender und Empfänger. Oder gibt es die bausätze auch schon irgenwo fertig?

Beste Grüße
Ben