Rasen Roboter Projekt - MR2P -

rainer_r

Moderator
Hallo Freunde,

ich stelle hier ein eigenes Rasen Robot Projekt vor.
Der Schwerpunkt meiner Überlegungen und Versuche der letzten Monate war eine geeignete Mechanik und Elektrik für einen Mobilen Rasen Roboter als Plattform (MR2P) zu entwerfen und zu bauen. Die für die u.g. Anforderungen z.B. an Größe und Gesamtgewicht, sind praktisch alle derzeit verfügbaren Roboter-Plattformen entweder viel zu teuer (>1500,-€) oder nicht geeignet.

Die Konstruktion sollte gleich mehreren Anforderungen genügen:

- leicht, steife und robuste Konstruktion
- handelsübliche Konstruktionteile, preiswert und leicht nachzubauen
- universell einsetzbar, viel Platz für Versuche und Experimente
- sehr viel Platz für Elektrik und Elektronik
- möglichst auch noch "formschön" ;)
- Zuladung bis zu 6 kg
- Gesamtgewicht 8-10 Kg
- Maße 600x400x150 mm


Für die Elektrik + Elektronik eines Mobilen-Robot bzw. Rasen-Robot wurde von mir konsequent auf fertige, käufliche Module gesetzt. Auch hier musste, neben der Mechanik, auch das Elektronik-Board genug Platz für Versuche und Experimente bieten. Die Stomversorgung übernimmt z.Z. ein 12V 7,5 Ah Pb-Akku, später werden 1 bzw. 2 LiFePO4 Akkus eingebaut, die erheblich leichter sind.
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Die Elektronik setzt auf den Arduino-Mega und benutzt ein spezielles sog. Top-Board um die IN-OUT-Pins des Prozessors sicher und zuverlässig mit den Modulen zu verbinden. Auch den Einsatz des Arduino DUE habe ich überlegt, das dann jedoch wegen der 3,3V Problematik wieder verworfen. Langfristig kann das Thema DUE dennoch wieder eine Rolle spielen - der Einsatz ist ja auch durchaus möglich.
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Die Verdrahtung der Module mit dem Top-Board wurde ausschliesslich mit bezugsfertigen Pfosten-Leisten und Buchsen-Stecker mit Kabelenden gelöst. Wenn die notwendigen Steckverbindungen festgelegt sind, wird es das Top-Board von mir als fertige Leiterplatte mit allen Anschlüssen geben. Diskret aufgebaut wurde nur der Spannungsteiler für die Akku-Spannungsmessung und der Lautsprecherausgang zur akustischen Signalisierung. Das gesamte Elektronikboard beinhaltet alle Module bis auf die US-Sensoren und ist durch die Steckverbindungen leicht von der Elektrik zu trennen. Das Board kann nach oben aus dem Rahmen herausgezogen werden. Die Anschlüsse der Spannungversorgung und zum Programmieren des Mega sind von oben zugänglich.

Aktuell befindet sich das Projekt in der Testphase für die Mechanik und Elektrik. Die Module und Elektronik mit dem Arduino-Mega wurde problemlos in Betrieb genommen und funktioniert sehr zuverlässig. Auch mit dem ersten Prototyp der Mechanik bin ich sehr zufrieden und stelle fest, dass eine Verkleinerung des Grundrahmens durchaus möglich gewesen wäre. Das Bedienfeld mit der Start-, Stop- und Home-Taste besitzt daneben noch ein I2C LCD-Display für 4 x 20 Zeichen. Eine andere Aufteilung und Erweiterungen am Bedienfeld sind jederzeit möglich.

Die Software für den Fahrbetrieb mit Start, Stop, Hinternisse umfahren, Rücksetzen und Wenden ist fertig. Auch hier teste ich z.Z. die allg. zur verfügungstehenden Arduino-Libraries auf Funktion und im Zusammenspiel mit anderen Lib's für die eingesetzten Fertig-Module.

Grundsätzlich lässt sich auch die hier im Forum z.V. stehende ArduMower-Software an meine Hardware anpassen.

Folgende Fertig-Module wurden bis heute, neben dem Arduino-Mega, einbaut:

[ul]
[li]Ultraschall-Sensor HC-SR04[/li]
[li]RTC- Modul mit RAM[/li]
[li]DC-DC-Wandler LM2596S[/li]
[li]MotorEndstufe PWM 10A[/li]
[li]MotorBrücke L298N[/li]
[li]433 MHz Receiver für FB[/li]
[li]LCD Display I2C 4x20[/li]
[li]Strom-Sensor ACS712[/li]
[/ul]
in Vorbereitung:

[ul]
[li]GPS-Modul[/li]
[li]CMUcam4[/li]
[li]Rasen-Sensor[/li]
[li]Schleifen-Sensor[/li]
[/ul]
Die vorliegende Konstruktion ist nicht auf die Anwendung eines Rasen-Roboters beschränkt und bietet ausreichend Platz und Möglichkeiten für andere Anwendungen. Ich bin auch gerne bereit Vorschläge zur Verbesserung der Mechanik oder Elektrik / Elektronik aufzunehmen, einzuarbeiten und zu testen.

Die Details zum Projekt wie Konstruktionszeichungen, Elektronik und Schaltpläne werden z.Z auf den aktuellen Stand gebracht. Bei Interesse an meinem Projekt bitte PN oder unter
Rainer-Rebhan.de
 
Hallo Rainer,

man erkennt viele Parallelen zum "Ardumower" bei der Wahl der Elektronik-Komponenten. Für die Motorendstufe des Mähmotors hast Du anscheinend ein Fertigmodul gefunden (PWM 10A) - könntest Du uns evtl. nähere Infos geben, welche Module man benutzen kann und wie man diese an den Arduino anschließt?

Wäre z.B. folgende Verdrahtung sinnvoll (oder braucht man noch ein digitales Poti)?


Code:
PWM 10A Modul Poti (A) --- offen lassen
PWM 10A Modul Poti (B) --- offen lassen
PWM 10A Modul Poti (C) --- Arduino Digital Out (PWM)
PWM 10A Modul VCC      --- Batterie (+)
PWM 10A Modul GND      --- Batterie (-)


So ein Fertig-Modul könnte einige weiterhelfen (man bräuchte sich kein Modul selber bauen).

PS: Vielen Dank für Deinen Beitrag!
Gruss,
Alexander
 
Hallo Alexander,

gerne gebe ich nähere Einzelheiten für das 10A PWM Modul = DC Motor Speed Controller

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Es gibt mehrere Fertig-Module von 5A bis 15 A die über PWM einen DC Motor treiben können.
Diese Module passen für einen (direkten) Anschluss an einen Arduino nicht unbedingt.
Es gibt nun 2 Möglichkeiten diese Module anzuschliessen:

1. Module mit einem 0-5V Spannungseingang.
An einen Arduino PWM-Ausgang wird ein Tiefpass angeschlossen. Dieser erzeugt aus dem PWM-Signal eine analoge Spannung von 0-5V. Der Tiefpass ist (einfach) ein Widerstand (ca. 4,7kOhm) und ein Kondensator (Elko 1 bis 10 uF, gepolt ca.35V) gegen GND/0V. Damit wird der Eingang (=Poti-Spannung) des Moduls angesteuert. Hierzu wird das am Modul vorhandene Poti ausgelötet oder abgeklemmt und der Poti-Schleifer-Punkt (C) an den Tiefpass angeschlossen. PWM-Frequenz und Prinzip des Moduls bleiben erhalten.

2. Module mit einem NE555.
Der PWM-Signal-Ausgang des Arduino wird direkt im Modul angeschlossen. Hierzu ist leider keine allg. Umbauanleitung möglich, da jedes Modul etwas anders aufgebaut ist. Bei Module mit dem NE555 zur PWM-Erzeugung wird jedoch immer der Ausgang des NE555 durch den PWM-Ausgang des Arduino direkt ersetzt. Es muss also min. eine Leiterbahn im Modul geändert, neu angeschlossen werden. PWM-Frequenz des Moduls bleibt nicht erhalten.

Zum Nachbau empfehle ich derzeit die Variante 1. In Kürze wird es von mir auch eine Umbau- Anleitung für ein bestimmtes 10A-Modul auch für die Variante 2 geben. Auch für die Module mit einem NE555 kann ich einen Schaltungsvorschlag für den PWM-Tiefpassfilter angeben.

Auch was mir an den (preiswerten) Modulen nicht gefällt, will ich nicht verschweigen:
Alle Module haben keine elektronische Überstromsicherung. Einige eine 10A Schmelzsicherung als Schutz. Das ist nicht sehr elegant, aber ausreichend für eine einfache Motorsteuerung. Preis für eines dieser Module 10,- bis 15,- €.
Attachment: https://forum.ardumower.de/data/media/kunena/attachments/930/h672435a.jpg/
 
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