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Lawn Mower AWD Mähroboter Allrad Automower All wheel drive 4WD von Fürst Ruprecht

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob das die richtige Stelle im Code ist.
in mower.cpp kann man trakBlockInnerWheel auf False setzen.
Ich schätze, dass dann das innere Rad nicht mehr stehen bleibt (ausser bei Stationseinfahrt, dort wird wieder auf True gesetzt, soweit ich das sehe)

Gruss Eddi
 
So wird er aussehen, der Prototyp3.
Fahrwerk und Elektronik sind bereits fertig und funktionieren. Im übrigen laufen die 4 Steppermotoren mit jeweils max. 200mA bei > 20Grad Steigung ohne (relevante) Schrittverluste (manchmal schreit er noch auf, ist aber nicht betriebsrelevant). Die Treiber können standardmäßig so konfiguriert werden, daß sie im Stillstand den Phasenstrom reduzieren (bis auf 0). Die Parametrierung der TMC2208 ist recht umfangreich und aus meiner Sicht auch kompliziert/einarbeitungswürdig.

Am Gehäuse fehlen noch die wenigen Bedienelemente (Start-Taster und Ausschalter, Durchbruch für Antennen) und die Bumperfunktion muß noch in die schwimmende Gehäusebefestigung integriert werden. Licht wird es auch wieder geben, vorn kombiniert mit den Ultraschallsensoren. Der esp32-Webserver ist "aufgebohrt", weitere Menüs werden sicherlich noch folgen.

Gegenüber Prototyp2 wird es weniger gedruckte Teile geben, die Elektronik ist 100% Eigenbau, der Sensorumfang stark reduziert, die Konstruktion deutlich einfacher gehalten. Er läßt sich auch recht schnell zerlegen.

Dennoch kann man im Vergleich jetzt schon sagen, daß Prototyp2 mit Vorderachslenkung nicht nur aussieht wie ein Panzer sondern auch genauso souverän fährt/mäht. Egal wie hoch der Rasen ist (na ja, fast egal) und auch bei > 20% Steigung hält er den Kurs. (Mähzeit mit Allradantrieb und Lenkung, zwei Messern mit 22 cm Durchmesser, Standardbatterie und Abhang liegt bei > 2h (go home at 24V) ).

Gruß Fürst Ruprecht
Prototyp3-Bild1.jpgPrototyp3-Bild2.jpgPrototyp3-Bild3.jpgPrototyp3-Bild4.jpg
 
Prototyp3 (AzuritBer für Teensy mit FR-Mod für Stepper):
Die feststehenden Räder führen zu hohen Momenten bei Kreisfahrt und belasten das Fahrgestell. Der Rasen leidet unter den radierenden Rädern. Durch die hohen Momente bei Kurvenfahrt kommt es zu Schrittverlusten im Motor. Der Motor versucht die verlorenen Schritte aufzuholen. Das führt zu einem Schlagen im gesamten Antriebsstrang, vergleichbar mit einem Schlagschrauber. Bisher waren alle Räder nach kurzer Zeit lose, Klemmverbindung ist unmöglich (auch nicht mit gang ganz viel Sekundenkleber). Ich habe jetzt die Wellen durchbohrt und die Räder formschlüssig befestigt (die Befestigung wird aber ausschlagen). Ich habe gelesen, daß bei Motoransteuerung mit Teilschritten/Microsteps das Moment deutlich abfällt (30%). Daher werde ich es noch einmal mit Vollschritt-Ansteuerung versuchen. Wenn der Motor die Schrittfolge verliert, dreht das Rad in eine zufällige Richtung. Am Berg verliert die CPU dadurch die Kontrolle, der Mäher fährt bergab. Bei meiner Anwendung/Ausführung - keine Drehzahlkontrolle (weil beim Stepper eigentlich nicht erforderlich), Bergfahrt, Schnitthöhe bei ca 8-10cm - ist aus aktueller Sicht dieses Konzept überfordert. Mann muß jedoch auch sagen, das im Herbst bei nassem Gras und feuchtem Boden im Vergleich der Prototyp2 Allradmäher auch deutlich stärker gefordert ist.

Prototyp2 (Azurit mit FR-Mod für 4WD): Ergänzt habe ich hier die zweifache Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit im Bereich Perimeter im STATE-FORWARD. Bei Annäherung an den Draht bremst der Mäher ab. Die Rückfahrgeschwindigkeit bleibt unverändert. Da im Herbst der Rasen in der Regel feucht/naß ist, der Boden ebenso, neigen die Räder bei der hohen Schnitthöhe von 8-10cm zum Durchdrehen (hier spiel auch das Bremsmoment des Rasens am Fahrgestell und dem Mähschutz eine entscheidende Rolle). Leider ist die Odometrie des Standardmähers nicht für Kurvenfahrt geeignet. Ich versuche gerade die Anpassung auf die Einzelradsteuerung, damit das Moment aller Räder bei Stillstand angehoben wird. Eigentlich müsste man dafür die Istdrehzahl aller Räder erfassen. Für die vorderen Räder fehlt dafür leider die Drehzahl Erfassung (->Prototyp4).
Durch den Entfall des Motors für die Lenkung der Vorderräder zeigt sich auch, daß der Verschleiß durch das fehlende Lenkmoment drastisch abgenommen hat - die Teile halten (ohne Probleme). Das Poti zur Winkelerkennung (soll 1Mio Umdrehungen können) habe ich bisher 1 mal gewechselt - das wird wohl auch so weiterhin erforderlich sein. Unschön ist, daß durch den Entfall des Lenkmotors (Anordnung mittig in der Vorderachse) das Spiel der Zahnräder sich nun stärker auswirkt und dadurch die Vorderräder nicht mehr so schön parallel laufen. Dafür muß für 2023 ein Update her.

Vergleiche ich aus heutiger Sicht die beiden Konzepte, so würde ich dem 4Radantrieb mit selbst lenkender Vorderachse den Vorzug geben. Ich hatte erwartet, daß das sehr kurze Bobcat-Konzept bezüglich Geländegängigkeit und Wendemöglichkeit deutlich besser sein wird, was nicht der Fall ist. Im Gegenteil, der kurze Radstand führt dazu, daß sich der Mäher am Hang überschlägt. Das Radieren der Räder bei Kurvenfahrt wiegt auch deutlich schwerer als erwartet.

Ausblick Prototyp-4:
Wird er kommen?
Wenn ja, was könnte er beinhalten?
-Allrad mit DC-Brushed-Planetary-Gearmotor
-2 Mähmotoren mit 2x25cm Blatt
-esp8266/esp32 Motorsteuerung für 4Radantrieb mit Einzelradsteuerung (Schlupfregelung) als separate CPU-Einheit
-GPS-RTK
-ROS-Betriebssystem (auf RaspberryPi4 ?)
-Teensy4.1 oder esp32 als CPU für Sensoren/Aktoren und Schnittstelle für ROS

Wir werden sehen.
Gruß Fürst Ruprecht

-
 
Kleiner Zwischenbericht:

Prototyp2 (der große blaue mit lenkenden Vorderrädern) hat zum Ende der Saison ein Rad verlohren. Da sich das nicht auf die Schnelle reparieren lies, mußte Prototyp3 (siehe Bild oben) die letzten Tage noch mähen. Eigentlich wollte ich ihn danach zerlegen.

Prototyp3 wird nun überarbeitet:
- die Schnittbreite wird auf 2x15cm erweitert
- für den Antrieb kommen BLDC-Getriebemotoren mit integriertem Treiber zum Einsatz (in der Hoffnung, daß das Drehmoment nun ausreichend ist)
- die Steppertreiber sind entfallen und wurden durch einfache Transistoren zwecks Pegelanpassung 3,3V Teensy / 5V BLDC-Motor ersetzt
- das Gehäuse wurde konstruktiv stark vereinfacht, damit es besser zu drucken ist.
- der Boden/Rahmen wird den neuen Maßen angepaßt
- der Rest der Hardware ist Übernahme

- Software ist Azurit für Teensy mit meinen Anpassungen

-> damit sollte Prototyp3_B wieder laufen.


Neu: Erweiterungsmodul
In den letzten Wochen habe ich mich mit dem „Projekt“ Ardupilot beschäftigt.
Aktuell läuft auf einem Pixhawk 2.4.8 (Clone) der letzte Softwarestand des ArduRovers (ArduPilot-Rover), noch in Einzelteilen auf dem Schreibtisch.
Mit MissionPlanner kann man „beliebige“ Fahrten planen und auf den Piwhawk laden. Der Rover/Mäher fährt dann autark. Das ganze läßt sich mit einem RTK-Modul ausrüsten und erhält dadurch die erforderliche Genauigkeit. Das „Projekt“ Ardupilot ist extrem mächtig.

Das „Erweiterungsmodul“ (Pixhawk + simpleRTK Pro + 10 Kanal-RC-Steuerung) soll huckepack auf den bestehenden Mäher aufgesetzt werden. Die Pixhawk-Servoausgänge leiten das Fahrsignal (RC-Steuerung oder autopilot) an die RC-Eingänge des Mäher weiter. Dadurch stehen beide Welten (Azurit + ArduRover) zur Verfügung.

Ausblick Prototyp4:
- Teile für den Antrieb sind bereits vorhanden: 4 x 400W BLDC-Motoren aus einem hoverboard, zugehörige 42V-Akkus, 400W-BLDC-Treiber
- Vorderräder mit Lenkfunktion
- Elektronik ist abhängig vom Erfolg des Erweiterungsmoduls

Soviel zum Jahresausklang.

Ich wünsche Euch einen fürstlichen Rutsch ins neue Jahr 2023,

Gruß Fürst Ruprecht
 
Update:
In meinem Zimmer laufen aktuell zwei simpleRTK-boards in Base/Rover Konstellation, Signalverbindung über xbee. Die Antennen liegen auf meinem Tisch, ohne Grundplatte und ohne freien Blick zum Himmel schwankt das Roversignal um < 25 cm.
Verbaut ist das Roverboard mit einem Pixhawk 2.4.8 in einem eigenständigen Gehäuse - sozusagen als Addon-Modul. Über serielle Schnittstelle erfolgt ein Datenaustausch zwischen Pixhawk und Mower-PCB. Die Übertragung der „Antriebssignale“ erfolgt über die RC-Schnittstelle des Mower-PCB. Die Verbindung zwischen Pixhawk und PC läuft über 3DR-Radio (433MHz), die von PCB zu Handy/etc. über esp32-wlan-Modul. Die Konstellation ist also noch etwas zu fett.
Für die Bahnprogrammierung/ als Dashboard nutze ich Missionplanner.
Für Probefahrten im Freien muß noch die Antenne installiert werden und das Wetter besser sein.
Im Moment habe ich den Eindruck, daß Ardupilot ergänzt um einen Microcontroller für die Anbindung weiterer Sensoren/Motortreiber eine sehr leistungsfähige/interessante Plattform für ein Mäherprojekt ist.

Gruß Fürst Ruprecht
 
Update:
Inzwischen tauscht die Pixhawk-CPU mit dem PCP (in meinem Beispiel ein Teensy 4.1, es geht aber auch mit einem esp32) Daten aus. Vom Pixhawk kommen die GPS/RTK-Signale, IMU-Daten, Zustandsdaten, Servosignale, PWM-Signale, Motorsignale usw. Vom PCB kann ich aktuell die Werte von den Ultraschallsensoren zurückschicken. Sobald die serielle Verbindung aufgebaut ist, kann das PCB vom Pixhawk gesteuert werden und dessen Signale verwenden, entweder für den Betrieb mit der AzuritBer-Software, oder im „Mission“-Betrieb. Was mir bisher nicht gelungen ist, ist das Senden von Strom- und Spannungswerten vom PCB an den Pixhawk. Der Pixhawk hat nur wenige Kanäle zur freien Verfügung und die Spannungsmessung funktioniert nur <5V. Als nächstes werde ich versuchen Radimpulse an den Pixhawk zu senden (was der Pixhawk aber auch selbst könnte).

Gruß Fürst Ruprecht
 
Respekt... Ich verliere hier gerade den Überblick bei deinen ganzen rovern und der verbauten Technik. Der Pixhawk schein ja was zu können. viel Erfolg weiterhin!
 
Radbefestigung:
Bei einem meiner Räder haben sich Riefen auf der Antriebswelle gebildet. Die Ursache dafür ist das Durchdrehen des Spannelements (aus dem shop) aufgrund von Drehmomentimpulsen. Jetzt läßt sich das Spannelement nicht mehr ausreichen fest verschrauben. Fas Rad fällt nach geringer Fahrstrecke ab.

Bei Ama70n habe ich als diese beiden Alternativen für 8mm Welle gefunden.
(Achtung: Das dickere Teil gibt es statt mit Kernbohrung auch mit 8mm Gewindebohrung.)

Gruß Fürst Ruprecht
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Die Buchsen sehen interessant aus. Was muss ich bei Ama70n eingeben, damit ich die finde? 🧐 Bekomme als Suchantwort alles mögliche, nur nicht diese Elemente. 🤨
 
Die flache Klemme:
Beschreibung:

Klemmkragen aus Aluminiumlegierung, 4 runde Universalloch-Hochgeschwindigkeits-Wellenklemme, 8-mm-Mittellöcher für die Automobilindustrie​

Artikelnummer: BOROCOp7ktm42fzi

Die dickere Klemme:
Beschreibung:

01 Spannhülsen, verschleißfeste Spannhülsen Feste Spannkraft große Stützkraft zum Verbinden der Wellensäule​

suche nach: 3310-0016-000
Achtung: die gibt es auch mit Innengewinde !
 
Grundplatte mit Motoren:
- Antrieb: BLDC mit integriertem Treiber
- Mähwerk: getakteter Transistor
- Gitter für Filtermatte von Dunstabzugshaube
- 1 Lüfter für Mäherelektronik / Motoren
- 1 Lüfter für Teensy / Board
- Mähwerk höhenverstellbar (manuell)
- Perimeterempfänger ( doppelt: links / rechts )
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cool! Mit Gelenk für bessere Traktion auf allen Rädern. Hat der vorne und hinten Perimeterempfänger, damit er in beide Richtungen mähen kann und am Kabel nicht wenden muss? Würde die Verletzung des Rasens im Bereich des Perimeterkabels deutlich minimieren.
 
Nein, er hat nicht hinten und vorn einen Perimeterempfänger.
Du hast Recht, der Antrieb setzt dem Rasen zu. Ich hatte überlegt, die Perimeter nach vorn und hinten zu setzen, dazu muß dann aber auch die Software angepaßt werden.
Im Moment liegt meine Priorität aber darauf, den Mäher fertig aufzubauen. Die Teile für das Gehäuse sind fertig zum Drucken, dafür brauche ich wohl die kommende Woche.
Vorerst soll der Mäher nur zum Testen der AddOn-RTK-Steuerung dienen. Die Mäharbeit macht ansonsten mein großer blauer Mäher.
Im Vergleich macht das Konzept mit den lenkenden Vorderrädern einfach einen viel besseren Eindruck/Job.

Bis im Frühling sollen dann drei Mäher zur Verfügung stehen:
1. Der Blaue mit 4WD (Bürstenmotor) und lenkenden Vorderrädern, PCB 1.3, Schnittbreite 44cm
2. Der kleine hier (BLDC-Motor mit integriertem Treiber) - wird wohl silbergrau, 4WD, Tennsy4.1 PCB, Schnittbreite 30cm
3. Das Monster, 4WD evtl. lenkende Vorderräder, hoverboard-Motoren, 42V, Schnittbreite 50cm, Board offen, evtl mehrere esp32 oder Teensy4.1

An alle 3 Mäher soll mein RTK-AddOn-Steuerung passen.
Das zeige ich auf den nächsten Bildern.

Gruß Fürst Ruprecht
 
während der 3D-Drucker läuft wird das Chassis zusammengebaut und detailliert ….

76DF54A0-B142-419B-8862-27DACF72C6F8.jpeg esp32 unter dem Klettband (unten, nahe der Antenne)


einfache RTK-Basisstation: RTK-Base-Modul mit xbee und einfache 220V/5V= Spannungsversorgung

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Der Teileumfang für mein Zusatzmodul für die RTK-Steuerung:

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Gruß Fürst Ruprecht
 
Der Lack ist Schei. . ., aber “Eva“ / „Eve“ ist zusammengebaut und läuft.
Es fehlt noch Bumpersignal über Gehäusebewegung mit MRK-Sensoren und Licht für die Jagt.

Es laufen TennsyMower (AzuritBer von Bernard auf Teensy-PCB) und Ardupilot auf pixhawk parallel, wobei Ardupilot/Ardurover dominant ist.
RTK- Außensignal fehlt noch wegen Schnee und Kälte, Roversignal steht.

BLDC-Motoren laufen soweit sehr gut.
Was kann TeensyMower mit RTK-Signal leisten ?
Wie gut funktioniert die Mission-Planung mit Ardurover und der autonome Fahrbetrieb (der ja sehr große Möglichkeiten bietet) ?

Schaun wir mal ….

Ach ja, es fehlt auch noch die Stange für das Aufstellen der Motorhaube , Bilder folgen.

Es grüßt Fürst Ruprecht
 
Eva lebt !

So, da ist sie nun
- Eva -
Prototyp-3B von Fürst Ruprecht.


Drei Welten vereint:
- TeensyMower von Bernard für Perimeterdraht
- Ardupilot/Ardurover mit Missionplaner für alles Mögliche (Streckenplanung, Rastermuster, Fence, und was es da sonst noch so alles gibt ..) auf pixhawk controller
- RTK-Präzision mit simpleRTK2B Kit

und beide Welten tauschen fleißig ihre Daten untereinander aus.
Natürlich gibt es das ganze auf esp32-Webserver zum bedienen und beobachten

Selbstverständlich BLDC-Allradantrieb, Bumper, Sonar, Bremslicht, Rücklicht, Scheinwerfer, …. wo ist eigentlich die Kamera geblieben !!!???


Klar ist aber auch: es muß noch viel getestet und gefeilt werden, es ist noch nicht alles komplett fertig.
Aber heute ist Eva zumindest autonom in meinem Zimmer zum „Mouseclick“ hingefahren (Base und Rover im gleichen Raum unterm Dach).

Es grüßt
Fürst Ruprecht





Beitrag im Thema 'Robot Lawn Mower All Wheels Drive and Steer - Prototyp3'
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