Rasenrobo mit Induktionsschleife, Schaltbilder, Hallsensor

[Bernd_Stein]

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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).

Ich habe gerade meine größte Schleife grob per Schritte gemessen, sie ist etwas über 50m mit Klingeldraht ( Durchmesser 0,8mm ) verlegt. Ich halte 480W für sehr sehr sehr sehr viel Leistung für diese Aufgabe. Mein kommerzieller Begrenzungsdrahtsignalgeber arbeitet umgebaut mit vier Akku-Mignonzellen in Serie ( 4,8Volt ), die schon sehr verbraucht sind. Das heißt sie besitzen einen hohen Innenwiderstand und können dementsprechend keinen hohen Strom liefern. Mehr zu diesen Thema hier :

http://ocfnash.wordpress.com/2010/06...powered-mower/

Und nun zum Schaltplan der vom RoboMow RL550 stammt. Die Kondensatoren haben keine Werte, da die Sache wahrscheinlich von einem Franzosen per " reverse engineering " erstellt wurde. Man kann ihn jedoch auch käuflich bei Manual Fox erwerben.

Begrenzungsdrahtsignalaufnehmer.pdf


Die Eagle 6.1.0 Light Pläne ( Schaltplan + Layout ) habe ich als XYZ.rar Datei angefügt, aber ich glaube das funktioniert nicht,
da dieses Forum anscheinend auf XYZ.zip besteht. Würde diese auch gerne ungezipt also ungepackt hier hochladen, weiß aber leider nicht wie es gehen soll.


Bernd_Stein

- - - Aktualisiert - - -

Hallo Christian,
ich habe mir mal 4 Induktivitäten bestellt mit unterschiedlichen µH-Werten und ein Industrierelais dazu, mal schauen, was besser läuft. Melde mich, wenn ich das habe und Zeit finde, es zu löten + zu testen.

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. Und ca. 50 Cent sind doch bestimmt günstiger als der Preis für ein Relais auch die Platzersparnis sollte man nicht vergessen oder die Arbeit, falls man versucht die Spule von den übrigen Relaisteilen zu trennen.


Bernd_Stein

[Christian H]

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

[damfino]

Hallo jguethe,

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).

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!

[jguethe]

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

[damfino]

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!

[jguethe]

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

[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

[jguethe]

13.06.2013 weitere Bilder vom Chassis eingestellz; jguethe

[Bernd_Stein]

...
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.

Zu aller erst : " Im Posting #320 ist der PDF-Schaltplan unvollständig ". Bei dem Schaltplan des Begrenzungsdrahtsignalaufnehmers fehlt die Ansteuerung der ICs 4 und 5 ( 4051 ). Außerdem geht es noch weiter mit Verstärkerstufen. Ich vermute Patte 4 de U453 wird gleich sein mit Patte de U454. Da es hierzu kein Schaltplan gibt.
Hier mal die Schaltpläne des oder der Franzosen :



Thema : " Funktionsprinzip des Begrenzungsdrahtsignalgebers von FriendlyRobotics "

Ehrlich gesagt, weiß ich nicht wie das Funktionsprinzip ist. Die Seite ist in englisch und meine Englischkenntnisse reichen da nicht aus. Und meine Elektronikkenntnisse reichen auch nicht um aus den aufgenommen Signalverläufen zu erkennen was das Prinzip ist.
Und wo ich mich gerade mit den Schaltplänen des Begrenzungsdrahtsignalaufnehmers befasse, merke ich das ich auch noch mal das Thema Operationsverstärkerschaltungen ganz nötig habe.

Das entlangfahren am Begrenzungsdraht macht der RoboMow RL500 sehr gut. Auch 90° Kurven meistert er perfekt ( obwohl davon - glaube ich - abgeraten wird ). Er fährt wirklich schnurstracks gerade dem Begrezungsdraht nach. Wenn man sich anhand der Schaltpläne bzw. der aufgenommen Signale den Aufwand ansieht, scheint eine vernünftige Fahrt entlang des Bergrenzungsdraht nur mit soch einem Aufwand möglich. Natürlich spielt auch die Reglung der Antriebsmotoren dabei eine wesentliche Rolle.


Thema : " WebCam "

Der Thread ist nun schon sehr lang, aber das ist doch der Thread wo per Software bzw. Visualisierung das Mähfeld in kleine Quadrate aufgeteilt wurde um zu sehen wo der RMR bereits gemäht hat oder ?

Gerade die Mähstrategie ist ja der ganze Knackpunkt bei den RMR. Der Bosch INDEGO, RoboMow RS630 und all die anderen aktuellen RMR die zur Zeit wie Pilze aus dem Boden schießen, haben für mich immer noch kein vernüftiges Mähkonzept. Der INGEGO hörte sich von der Mähstrategie sehr viel versprechend an, aber in der Realität mäht er nicht so systematisch wie in den Animationsfilmen dargestellt.

Mit der WebCam in Kombination mit anderen Orientierungshilfen scheint ein sehr effizientes Mähen möglich.
Die anderen Kombinationen die mir spontan einfallen wären der Bergrenzungsdraht selber, Odometrie und ein Kompass.
Die WebCam könnte grob feststellen im welchem Quadranten sich der RMR befindet, mittels Begrenzungsdrahtsignalstärke wäre es möglich den Abstand bis zu diesem im Zentimeterbereich zu bestimmen und per Kompass und Odometrie könnte man gezielt den RMR zu einem Quadranten fahren lassen wo noch gemäht werden muß.
Die Mährstrategie stelle ich mir so vor, das erstmal entlang des Begrenzungsdraht gemäht wird. Jedes abbiegen stellt einen besonderen Punkt dar. Also so eine Art " Leuchtturm ", dessen Koordinaten als Bezungspunkt dienen kann. Nun wird beim erneuten erreichen des ersten Leuchtturms , die Schleife mit halber Mähbreite enger bzw. mit einem größeren Abstand zum Begrenzungsdraht gefahren. Also ein spiralförmiges Mähen von Außen nach innen. Auch feste Gegenstände gegen die der RMR stößt könnten als Leuchturm dienen. Mittels WebCam weiß man wieder in welchem Quadranten sich der RMR befindet und der feste Gegenstand bietet wieder die Möglichkeit einen Fixpunkt innerhalb dieses Quadtranten zu bestimmen. Dieser befindet sich ja wieder in einem bestimmten Winkel und Abstand zu einem anderen Fixpunkt ( Leuchturm ). Um so mehr Fixpunkte um so besser die Orientierung des RMR.


Bernd_Stein

[Christian H]

Hallo,

in dem Beitrag wird auch nicht erklärt wie die Unterscheidung innen/außen zustandekommt. Er beschreibt das Signal, erklärt letztlich aber auch nicht die Funktion. Meine Frage wäre diesbezügl, ob der RoboMow RL500 absolut feststellen kann, ob er sich innen oder außen befindet denn nur den Wechsel innen nach außen (oder außen nach innen) zu detektieren, ist natürlich wesentlich einfacher. Sprich, stellt man den RoboMow RL 500 außerhalb der Schleife auf und startet ihn dann, denkt er dann dass er innen ist??

Webcam: der Thread mit den kleinen Quadraten war ein anderer. Hoffentlich komme ich am Wochenende dazu nochmal einen Beitrag zum webcam-Theam zu machen

Muß jetzt wieder meine Brötchen verdienen. Viele Grüße

Christian