Rasenmähroboter / Prototyp

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Fleischwolf
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#1 Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von Fleischwolf »

Moin Flieger,

nachdem ich hier im Forum schon so viel Hilfe zu meinem Winterprojekt bekommen habe, möchte ich Euch meine Fortschritte vorstellen.

Mein Ziel ist es, einen eigenständig arbeitenden Rasenmäher zu bauen, der sich nach dem Chaosprinzip seinen Bahnen auf meinem Rasen sucht und seinen Akku selbständig aufläd. Nachts und bei Regen soll er ruhig sein und tagsüber seine Runden drehen.


Die Rasenbegrenzung: Um die gesamte Rasenfläche wird ein Kabel gelegt. Durch dieses Kabel fließen regelmäßig Stromspitzen, die ein Magnetfeld induzieren. Anhand dieses Magnetfeldes kann die Mäher über Sensoren feststellen, ob er sich gerade innerhalb oder außerhalb der Kabelschleife befindet. Auf den Bildern kann man vorn am Fahrzeug 3 schwarze Würfel erkennen - das sind die Sensoren (in meinem Fall umgebaute Relais). Die drei braunen Platinen links hinter der Vorderkante werten die Signale der Sensoren aus und liefern ein binäres Signal (innerhalb der Schleife = aus, außerhalb der Schleife = an). Sobald einer der beiden Äußeren Sensoren nun die Schleife übertritt, setzt der Roboter ein Stück zurück, dreht in einem zufälligen Winkel zwischen 90° und 180° die entgegengesetzte Richtung und fährt weiter.

Der Antrieb: Die beiden Räder (zwei Nutelladeckel) sind an die Servohörner von zwei billig - Servos aus meinem ehemaligen Robbe Arcus (ARF Set) geschraubt. In den Servos habe ich die Begrenzungsanschläge entfernt und die Potis gegen Festwidersände ersetzt, so daß die Servos wie zwei Getriebemotoren mit einstellbarer Geschwindigkeit funktionieren. Über die Drehrichtung und Geschwindigkeit kann sich das Fahrzeug steuern. Vorne in der Mitte befindet noch ein freilaufendes Rad, ähnlich einem Rad am Einkaufwagen, das in alle Richtungen mitdreht.

Die Helikoptertechnik: Der GY 401 auf dem Roboter ist kaum zu übersehen. Ich hatte ihn noch rumliegen und wollte ein wenig testen. Die Servomotoren drehen nicht 100% gleich schnell. In normalen Servoanwendungen mit Drehungen von maximal 180° fällt dies nicht auf. Bei mehreren Komplettumdrehungen mekt man das aber deutlich - der Roboter fährt eine große Kurve obwohl er geradeaus fahren soll. Um dies auszusteuern lese ich die Kreiselsignale aus und lasse die Drehgeschwindigkeit der Servos entsprechend korrigieren. Auf dem echten Mäher wird allerdings kein Kreisel, sondern ein elektronischer Kompass zum Einsatz kommen. Damit findet der Mäher seine Bahn auch dann wieder, wenn er mal durch was auch immer aus der Bahn geworfen wurde.

Die Intelligenz: Das Hirn ist ein Atmel Chip auf einem Arduino Board. Was ist Arduino? In Deutschland noch nicht besonders verbreitet ist Arduino eine sehr anfängerfreundliche Einstiegsmöglichkeit in die (Chip)Programmierung. Ich war vor ca. 4 Wochen zu diesem Thema noch weitgehend ahnungslos, habe mit diesem Board aber schon sehr große Fortschritte gemacht.

(http://www.arduino.cc)
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Grüße,

Georg
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schöli
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#2 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von schöli »

Cool :)
Grüßle
Schöli

mein Hangar
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-Didi-
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#3 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von -Didi- »

Genial finde ich die Nutellaglasdeckelreifen!! *daumen hoch*
Plus an Masse, das knallt klasse! :-)


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calli
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#4 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von calli »

Die Räder sind der Hit! ;-)

Funktioniert das mit dem Kreisel (Auflösung etc)? Mein Arduni-Robot fährt auch immer krumm, ich habe als Weg-Fühler eine Einheit aus einer optischen Maus drunter, die Signale sind auch ok, aber mein PID Regler regelt die Servos einfach nicht gut genug. Oder meine Servos sind *zu* schrottig.

http://www.arduino.cc/cgi-bin/yabb2/YaB ... 1238007635

Ich bin schon gespannt auf weiteres (Mähwerk, Antrieb etc.).

Gruß,
Carsten
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Tueftler
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#5 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von Tueftler »

Habe bei meinem Asuro an den Rädern Scheiben mit Schwarz/weiß-Muster. Da erkennt ein optischer Sensor anhand des Farbwechsels die Drehzahl und hält somit beide Räder Synchron und somit die Spur :)
Gruß
Daniel
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calli
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#6 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von calli »

Das geht aber nur in der idealen Welt wo man kein Schlupf, keine Bodenunebenheiten etc. an den Rädern hat.

Bei einem Chaos-Mäher würde ich das aber wahrscheinlich ignorieren.

Bei Non-Chaos würde versuchen ihn gleichmäßige Bahnen fahren zu lassen das es wie im Fussballstadion aussiehet ;-)

Carsten
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Fleischwolf
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#7 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von Fleischwolf »

Ich hatte bei dem Mäher auch erst vor, die unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und Abweichungen durch Unebenheiten zu ignorieren. Allerdings habe ich einen leicht abschüssigen Rasen und daher Angst, daß der Mäher den oberen Bereich seltener befährt weil er aufgrund der Steigung immer nach unten tendiert. Ein elektronischer Kompass wird diese Augfabe aber sicher noch besser lösen als der 401 (außerdem brauche ich den noch für einen Flieger... :lol: ).

Die Regelung mit dem Kreisel funktioniert ganz passabel. Alle 2 - 3 Meter sieht man, daß er ein Rad langsamer dreht und ausgleicht. einen halben Meter weiter fährt er dann normal weiter. Die Programmierung dafür habe ich sehr simpel gehalten:
Im void setup() wird der Kreisel initialisiert und anschließend ausgelesen. Dieser Wert wird als 0 Wert gespeichert und nicht mehr verändert. Im Programm wird der Kreisel nun ständig ausgelesen und alle Fahrbefehle anhand der mehr oder weniger großen Abweichung ausgegeben. Die Fahrbefehle habe ich in 7 Teile unterteilt - angefangen von voll drehen (ein Rad voll zurück, das andere voll vorwärts) über beide Räder voll geradeaus bis zur Drehung zur anderen Seite. Nach den ersten Probefahrten habe ich dann den Fahrbefehl für "geradeaus" ein wenig angepasst indem ich das Servo, das regelmäßig zu schnell lief etwas langsamer gemacht habe. Die 7 Teile überlappen an ihren Schnittstellen ein wenig.

Für das Heck vom Heli würde diese Auflösung sicher nicht reichen aber der Prototyp hält damit seine Bahn schon ganz gut. Bei Bedarf schreibe ich noch mehr Unterteilungen dazu.


Die High-Tech-Nutella-Racing-Wheels haben übrigens anfangs auf meinem Steinboden nicht genug Grip aufgebaut. Erst nachdem ich eine spezielle Gummimischung auf die Felgen gezogen hatte, war die Traktion wiederhergestellt (Die Gummibänder kann man auf den Bildern erkennen :lol: ).


Edit: @ Calli - Was ist ein PID Regler?
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#8 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von speedy »

Fleischwolf hat geschrieben:Die Rasenbegrenzung:
Mal ne Frage dazu - wieso machst das nicht so, daß du die Grenzen des Rasens dem Rasenmäher einlernst ? Dann brauchst da nicht mit dem Stromkabel rumbuddeln und experimentieren ... und du könntest irgendwann auch von der Chaostheorie abweichen, weil du die Wege genau berechnen könntest ... dann könntest du auch besser berechnen, wann du dich auf den Weg nach Hause machen mußt, um den Akku nachzuladen.


MFG
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calli
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#9 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von calli »

PID ist eine Art ein System zu regeln, sind sicher auch in jedem Heckkreisel drinn.

http://de.wikipedia.org/wiki/Regler#PID-Regler

@Speedy: Absolute Positionierungssysteme sind in dem Preissegment und der Skalierung (bei Feldern mit 10x10km kann man GPS nehmen, im 10x10m Garten nicht) nicht so einfach möglich.

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Tueftler
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#10 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von Tueftler »

calli hat geschrieben:@Speedy: Absolute Positionierungssysteme sind in dem Preissegment und der Skalierung (bei Feldern mit 10x10km kann man GPS nehmen, im 10x10m Garten nicht) nicht so einfach möglich.
4 Laserpointer zur Randbegrenzung :roll:
Und bei der genauen Positionierung..... evtl. an 2 Seiten Ultraschallsensoren anbringen. Aber DANN wirds aufwändig :)
Gruß
Daniel
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#11 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von Jumpjunky »

speedy hat geschrieben:dann könntest du auch besser berechnen, wann du dich auf den Weg nach Hause machen mußt, um den Akku nachzuladen.
Das soll er doch alleine machen...
Fleischwolf hat geschrieben:Rasen sucht und seinen Akku selbständig aufläd. Nachts und bei Regen soll er ruhig sein und tagsüber seine Runden drehen.
Möge die Schwerkraft gnädig sein.
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Fleischwolf
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#12 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von Fleischwolf »

Daran hatte ich auch schon gedacht. Aber ehrlich gesagt wüsste ich nicht, wie ich dem Mäher beibringen soll, wo er sich gerade aufhält (das muss er ja wissen, damit er einen Bezug zum gelernten Rand hat). GPS ist zu ungenau und für ein Bakensystem ist der Rasen zu groß bzw. die potentiellen Entfernungen zwischen Mäher und Bake zu groß. Ich bin aber auch in diesem Thema noch relativ neu... Hast Du ne Idee?

Das Kabel muss nicht zwangsläufig verbuddelt werden. Ich dachte eigentlich daran, es auszulegen und an einigen Stellen mit einer Art Hering am Boden zu verankern. Es dürfte nicht lange dauern bis das Kabel eingewachsen ist.

Die Akkufrage wollte ich über einen Spannungsmesser realisieren. Wird eine bestimmte Spannung unterschritten, schaltet der Mäher das Messer aus, fährt geradeaus bis er die Schleife findet und fährt dann in einer definierten Richtung auf der Schleife entlang bis er das Ladegerät erreicht hat.

Grüße,

Georg


... zu langsam
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Harz_Joerg
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#13 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von Harz_Joerg »

Cool!!! :bounce:
Halt uns ja auf dem Laufenden :D
Wieviel m² soll er denn schaffen? Und sind die drei Kästchen vorn die Motoren für die Messer?
Wie willst Du unerwartete Hindernisse (Spielzeug, Äste oder Maulwurfhügel :angryfire:) behandeln?

Jörg
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-andi-
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#14 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von -andi- »

Harz_Joerg hat geschrieben:Wie willst Du unerwartete Hindernisse (Spielzeug, Äste oder Maulwurfhügel ) behandeln?
Titanbeschichtete Messer + kraftvoller Motor?

jetzt aber schnell
Bild

cu
andi
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#15 Re: Rasenmähroboter / Prototyp

Beitrag von Fleischwolf »

calli hat geschrieben:PID ist eine Art ein System zu regeln, sind sicher auch in jedem Heckkreisel drinn.

http://de.wikipedia.org/wiki/Regler#PID-Regler
Vielen Dank! Ich habe zwar begriffen, worum es dabei geht aber die Berechnung verstehe ich noch nocht so ganz. Je nachdem, wie gut mein Programm mit dem Kompassmodul arbeitet muss ich mich mal dahinterklemmen...

Harz_Joerg hat geschrieben:Wieviel m² soll er denn schaffen? Und sind die drei Kästchen vorn die Motoren für die Messer?
Wie willst Du unerwartete Hindernisse (Spielzeug, Äste oder Maulwurfhügel ) behandeln?
Die Rasenfläche ist ca. 2000 m² groß. Mir fehlen noch Erfahrungswerte um die Dimensionen des Mähers richtig abschätzen zu können. Deswegeb baue ich lieber etwas zu groß... :lol:

Die drei Kästchen auf den Bildern sind die Sensoren für die Induktionsschleife. Der Prototyp auf den Fotos hat noch kein Mähwerk. Für den richtigen Mäher schraube ich außen an eine Scheibe mit ca. 30 - 35 cm Durchmesser 2 bis 4 kurze Klingen (3 bis 4 cm.).

Hinternisse soll der Mäher über einen Untraschallsensor frühzeitig erkennen und seine Geschwindigkeit drosseln. Die Berührung mit dem Hinderniss soll der Mäher über Mirkoschalter feststellen und dann umdrehen, als wäre er an den Rand seines Mähbereiches gekommen.

Maulwürfe sollte es mit dem Mäher eigentlich nicht mehr geben. Die Tierchen sind extrem geräuschempfindlich. Wenn der Rasenmäher nun tagein - tagaus auf dem Rasen rumdüst, wird hoffentlich jeder Maulwurf reißaus nehmen. Zumindest werben die Firmen so, die solche Mähsysteme professionell vertreiben. Ob es tatsächlich klappt, werde ich sehen.

Grüße,

Georg
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