RasenRobo - noch einer -

Gruß an alle Rasenmäher-Bastler,

insbesondere aber grüße ich Christian H und MichaelM. Ich möchte mich ausdrücklich bei Euch bedanken. Denn ohne Eure Beiträge und Hilfestellung wäre nachfolgende „Erfolgsmeldung“ wohl nie entstanden.

Nach längerer Bastelpause und vielen Irrungen und Wirrungen habe ich es nun auch endlich geschafft. Seit Anfang Mai mäht mein RasenRobo zwei Rasenflächen von rd. 380 qm und 100 qm zu meiner vollsten Zufriedenheit. Lediglich den Rand habe ich gelegentlich mit einem „normalen“ Mäher nacharbeiten müssen. Das ganze sieht noch etwas nach „Prototyp“ und Provisorium aus. Eine Nachfolgeversion ist geplant und wird dann hoffentlich etwas solider ausgeführt werden.

Maße (LxB) : 60 x 30 cm
Gewicht ohne Akku’s und ohne Haube 4,3 kg

Antrieb / Mechanik:
2 x RB 35, Untersetzung 1:200
Akkupack: 12 V, 3,5Ah (Antrieb)
Akkupack 14,4V, 3,3Ah (Mähmotor)
Räder gefertigt aus Plexiglas 6mm, Durchmesser 21 cm
Ca. 15mm vom äußeren Rand sind jeweils 32 Rundmagnete (5 x 3 mm) eingelassen,
die per Hall-Sensor abgefragt werden.

Der Raddurchmesser wurde so gewählt, dass die Motoren oberhalb der Bodenplatte montiert werden können. Sie sind dort besser geschützt, wenn die äußeren Bedingungen nicht so optimal sind (noch leicht feuchtes und/oder fettes Gras z.B.) Die Position unterhalb der Bodenplatte (wie bei Robitobi) finde ich nicht so gut.

Meine Bodenplatte besteht aus 6mm – Plexiglas. Plexiglas ist zwar relativ schwer, aber gut zu bearbeiten.

Die Stützräder (2-Stück) stammen aus einem ausgeschlachteten Solar-Mover von Husquarna, den ich mir schon etwa 1997 zugelegt habe (das Gerät hat sich letztenendes nicht bewährt). Aus dieser Zeit stammt übrigens die Idee, so etwas einmal selber zu bauen.

Elektronik / Antrieb
RNFra-Board von robotikhardware.de mit Mega 32. Das Board ist für diesen Zweck „überdimensioniert“; aber es war nun einmal da. Inzwischen liegt schon das RN-Control 1.4 bereit, welches in der Nachfolgeversion verbaut wird.

Die Software (Bascom) regelt die Sollgeschwindigkeit und den – annähernden - Gleichlauf der Räder. Letzteres ist für die Chaos-Mähstrategie (s.u.) einigermaßen wichtig.
Da mein Mäher sich gelegentlich an 2 Bäumen so unglücklich festfährt, dass die Motoren blockieren (und zerstört werden), habe ich nun endlich diesen Fall per Software abgedeckt. Wenn eines der Räder sich nicht mehr dreht, werden die Motoren einfach abgeschaltet. Diesen Fall werde ich auch noch hardwaremäßig durch 2 weitere Bumper (Schalter) abesichern.

Mäh-Strategie
ist aktuell noch ziemlich simpel, das Ergebnis kann sich trotzdem sehen lassen.
Der Mäher hat vorne links und vorne rechts jeweils einen Sensor (siehe dazu weiter unten ) und einen mechanischen Bumper (Schalter). Nach Ansprechen eines Sensors/Bumpers setzt der Mäher ca. 60 cm zurück. Ist der linke Sensor/Bumper ausgelöst worden, dreht der Mäher sodann in einem bestimmten Winkel nach rechts und umgekehrt. Ich habe es mit verschiedenen Winkeln probiert. Im Ergebnis gibt es keine grossen Unterschiede. Der Mäher fährt chaotisch auf dem Grundstück hin und her und trifft irgendwann jeden Halm. Unvermeidlich bei diesem Verfahren ist, dass der Mäher die Ränder und einige „schwierige“ Lagen nicht so häufig „trifft“, was aber durch längere Mähzeiten ausgeglichen werden kann. Den Einsatz eines elektronischen Kompasses halte ich für überflüssig. Die Mähstrategie kann man mit dem Kompass m.E. nicht wesentlich verbessern. Ich habe mir so ein Ding (CMPS03) besorgt und getestet. Dieser Kompass zeichnet ist vor allem dadurch aus, dass er störanfällig ist.

Mähwerk / Mechanik
Den Mähteller mit Messern etc. habe ich mir komplett als Ersatzteil von Husquarna besorgt.
Hier wollte ich schon aus Sicherheitsgründen keine Experimente machen.

Mähmotor ist ein Brushless-Typ aus der Serie 430 der Firma Torcman. Der Motor hat ein hohes Drehmoment und mäht auch hohes, feuchtes und „fettes“ Gras. Der Motor mit Controller ist zwar teuer, aber gut. Ich beziehe mich hier auf die Ausführungen von Christian H, welcher unter https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=19825 sein Rasenmähermodell vorgestellt hat. Die daran anschließende Diskussion, insbesondere aber auch die Beiträge von MichaelM in diesem Thread haben mich ermutigt, den Selbstbau eines Rasenrobos in Angriff zu nehmen.

Mähwerk / Elektronik
Zum Brushless-Motor gehört natürlich ein entsprechender kommerzieller Controller, welcher wiederum von meiner Eigenbau-Elektronik angesteuert wird. Diese ist völlig unabhängig von der übrigen Elektronik. Über einen Opto-Koppler (CNY70) und Attiny2313 mit einem kleinen Bascom-Programm wird die Soll-Drehzahl des Motors gegeregelt. Momentan funktioniert der Optosensor nicht. Per Programm habe ich daher den PWM-Wert fest vorgegeben. Das funtkioniert sehr gut. Mit diesem leistungsfähigen Motor kann man m. E. sogar auf eine Drehzahlregelung verzichten.
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Induktionsschleife, Induktionsgenerator und Sensoren

Da ich hiermit (genauer mit der Eliminierung der Störungen durch die Motoren) die größten Schwierigkeiten hatte, gehe ich auf diese Thematik etwas ausführlicher ein. Ich kann mir nicht vorstellen, dass diese Probleme nur bei mir aufgetreten sind. Wenn ich allerdings die Beiträge hier im Forum lese, dann scheint alles so „easy“ zu sein (zuletzt RobiTobi). Störungen scheint es gar nicht zu geben. Ist das wirklich so, oder habt ihr keine realistischen Bedingungen (z.B. nur 25 qm Rasenfläche, also Mini-Schleife) ?

Generator- und Sensorschaltung folgen weitgehendst den von Christian H und MichaelM vorgestellten Schaltungen (siehe auch RN-Wissen unter Sensoren bzw. Navigation). Der Nachbau ist problemlos. Den Generator habe ich zunächst mit einem Notebookschaltnetzteil 22 V, 3 A versorgt; der Vorwiderstand im Generator wurde zwecks maximaler Leistung überbrückt.

Die wirklichen Probleme stellten sich bei mir aber erst im praktischen Betrieb ein, wenn also Antriebs- und Mähmotoren arbeiten und eine größere Rasenfläche (bei mir bis zu 400 qm) durch die Induktionsschleife begrenzt werden soll.

Mein ganzes Projekt wäre beinahe daran gescheitert, dass ich die Störungen durch die Motoren nicht in den Griff bekam. Den Mähmotor habe ich sogar mit 3-lagigem Mu-Metall abgeschimt, die Verdrahtung optimiert (verdrillte Versorungsleitungen, gemeinsamer, zentraler Massepunkt sowie zwischen Sensoren und den Motoren eine Distanz von etwa 20 cm gelegt; testweise sogar noch größere Abstände. Schließlich habe ich sogar mit 3 verschiedenen Akkupacks gearbeitet, um jegliche gegenseitige Beeinflussung der Baugruppen weitgehendst auszuschliessen. Antriebsmotoren, Mähmotor und (nur für Testzwecke) sogar Sensoren werden also jeweils durch einen eigenen Akku versorgt. Durch die getrennten Akkus kann man die einzelnen Baugruppen auch bequem einzeln und in beliebiger Kombination in Betrieb nehmen.

Durch die Erweiterung der Sensorschaltung von MichaelM um den 6-fach-Inverter mit Kontroll-LED kann man die LED (blinkt bei Empfang des Signals mit 5Hz) zur Einstellung der optimalen Verstärkung (mit P1) im Gelände benutzen. Willkommener Nebeneffekt ist, dass man das RC-Glied vom Ausgang des 2. OPV’s zum Ausgang des 2. Inverters verlegen kann. Ich hatte hier bei niedrigem Verstärkungsfaktor Rückwirkungen festgestellt, die nun nicht mehr möglich sind.

Im einzelnen habe ich noch Folgendes beobachtet:
• Die Feldstärke des Induktionssignals ist offensichtlich auch abhängig von der Luftfeuchtigkeit.
• Die Feldstärke ist etwas geländeabhängig. In einer kleinen Senke (nicht mehr als 20 cm ) bei einem Abstand vom Schleifendraht von etwa 3,50m war die Feldstärke so niedrig, dass der Signalempfang aussetzte (Verstärkung minimiert).
• Die Störpegel von Antriebsmotoren und Mähmotor scheinen sich sogar zu addieren.
• Facit: Der Verstärkungsfaktkor des Sensors ist nach meinen Erfahrungen dann optimal eingestellt, wenn das Nutzsignal am Ort mit der geringsten Feldstärke gerade noch sicher empfangen wird. Optimal ist also eine möglichst geringe Verstärkung, nicht etwa umgekehrt.

Bei einer kleineren Fläche habe ich es gelegentlich geschafft, die Sensoren so einzustellen, dass der Mäher ohne Störungen lief. Die Einstellung war aber nicht stabil; am nächsten Tag zeigten sich wieder Störungen, ohne dass irgendetwas verändert wurde. Wenn es dunkel wurde, nahmen die Störungen zu. Irgendwann bin ich dahinter gekommen, dass die Luftfeuchte offensichtlich die Feldstärke des Nutzsignals beeinflusst; Auch ein anderer Akku-Ladezustand verursachte Störungen.

Aus allen diesen Erfahrungen gab es für mich nur eine Konsequenz: Das Verhältnis Nutzsignal zu Störsignal musste deutlich verbessert werden. Ich habe mir sodann ein Schaltnetzteil 36 V (mit Trimmer einstellbar zwischen 30 – 40 V) , 8,8 A besorgt, nach dem Motto: viel hilft viel. Damit waren praktisch alle Probleme gelöst. Das Nutzsignal war nun so hoch, dass die Empfindlichkeit der Sensoren weiter heruntergeregelt werden konnte. Meine große Schleife (ca. 130 m, 1,0 qmm Litze) hat einen ohmschen Widerstand von etwa 3, die Ausgangsspannung musste ich bei dieser Schleife aber immer noch auf nahezu Maximalwert einstellen. Der Vorwiderstand von 2,2 r / 11W wird zwar sehr heiß, hält aber offenbar durch, wenn ich ihn mit seinen Anschlussdrähten „freischwebend“ auf der Platine montiere. Ich habe den Generator sogar mit überbrücktem Widerstand schon stundenlang laufen lassen, da mit der grossen Schleife gegen Abend gelegentlich schon wieder Störungen auftraten. Der Impulsstrom müsste in dieser Version deutlich über 10 A liegen. Alle Bauteile einschließlich Netzteil und Kondensator überstehen auch diese „brutale Version“ bisher ohne Probleme. Der IRL3803 zeigt nur eine leicht erhöhte Temparatur.

Wie eingangs erwähnt, läuft der Mäher seit Anfang Mai zu meiner vollsten Zufriedenheit und hält insgesamt fast 500 qm kurz. Ich bin wirklich positiv überrascht, wie praxistauglich das Gerät ist. Der Mähmotor wird auch mit hohem, fettem Gras fertig. Die Laufzeit liegt bei rd. 2 Stunden, wobei der Fahrakku noch deutlich länger durchhalten würde. Ein 2. Akku-Satz sorgt dafür, dass der Mäher erforderlichenfalls auch 4 oder 6 Stunden pro Tag nahezu ununterbrochen laufen kann. Es macht richtig Spaß, ihm beim Arbeiten zuzusehen und die Nachbarn haben sich auch schon an dieses seltsame Wesen gewöhnt. Ein passender „Deckel“ fehlt mir leider noch. Ich suche hier immer noch nach einer passenden Baby-Badewanne o.ä, wie sie RobiTobi benutzt.

Den Bau einer automatisch anfahrbaren Ladestation habe ich zunächst zurückgestellt. Den Mäher kann ich ohnehin nicht völlig unbeaufsichtigt laufen lassen, da ich bei mir nicht mit Sicherheit verhindern kann, dass Kinder das Grundstück betreten. Das Mähwerk ist schließlich bei ca. 2000 rpm kein harmloses Spielzeug.

Es gibt noch viele unerledigte Baustellen, z.B. Überwachung der Akkuspannung mit Abschaltautomatik, Fernbedienung, Optimierung der Mähstrategie und der Software und schließlich auch die Ladestation. Das ist aber alles zweitrangig. Wichtig ist eine im realen Betrieb sicher funktionierende Induktionsschleife, ein kräftiger Mähmotor und ein erträgliches Verhältnis zwischen Akkukapazität(en) und Gewicht.

Hier ist ein Video:
http://www.youtube.com/watch?v=wBoXh1EqYvk


Viele Grüsse
jguethe

Hi,
Sieht toll aus dein Projekt!
Ich habe noch zwei Fragen:
Wie lange hat dein Bot bis er den ganzen Rasen (jeden halm!) gemäht hat, mit der Chaosstrategie? Dauert das nicht imens lange?
Wie viel hat das ganze ca. gekostet?

Das Video kann so lang sein wie du willst. Du musst es einfach auf www.youtube.com laden und dann den Link posten.

Hast du vielleicht auch noch Bilder vom Bot selbst?

Liebe Grüsse!

Hi da-vinci,
ich habe nun 2 Bilder produziert.
1 Video folgt. Dauert wohl noch bis morgen, weil die Anmeldung bei Google/YouTube hakt. Ich bekomme keine Bestätigungsmail.

Zu den Kosten (ganz grob):
Mähmotor mit Controller €250,00
Mähteller €100,00
RN-Board 1.4 € 50,00 (das grosse Board 130,00, muss aber nicht sein)
2 Akkupacks € 70,00
Sonstiges mindestens €200,00

Man muss nicht zwingend so einen teueren Mähmotor nehmen.
Ist der Rasen einmal kurz, alles trocken usw. , dann reicht auch ein Johnson zu € 1,95 (Reichelt). Das sind aber theoretische Bedingungen.

Mähdauer / Leistung:
300 qm nach 2 Stunden sind ca. 70 % fertig,
nach weiteren 2 Stunden etwa 95 %.

Gruss
jguethe

Sehr interessant! Habe deinen ganzen Beitrag mit großem Interesse gelesen.
Das Du mit dem CMPS03 keine Erfolge hattest finde ich schade. Habe mir extra eins besorgt vor ein paar Tagen für meinen Mäher...

Ein paar Detail-Fotos fände ich noch gut...


MfG
Martin

Hallo jguethe,

klasse Arbeit. Was mir noch nicht so gefallen würde, ist dieses Chaosmähen. Der Roboter ist doch durch die Induktionsschleife eingegrenzt. Wäre es nicht machbar, dass er von einer Kante der Schleife gerade zum nächsten Ende fährt. Dann um 90° dreht, eine Mähbreite fährt, dann wieder 90° dreht und zurück zur Ausgangskante fährt. Gerade bei so einer großen Fläche würde sich das ja anbieten.

Würde auch gerne so ein Projekt wargen, allerdings ist unser Rasen so verwinkelt und zu gestellt. Wird sehr schwierig ^^

Hi,
habe nun ein Video-Link und einige Detailbilder eingestellt; leider ist die Qualität der Bilder nicht gut.
Gruss
jguethe

Sieht sehr gut aus. Eines würde ich nicht so machen. Die Stützräder, wie größ sind die. Wenn man etwas höheres Gras hat, könnte es sich verfangen. Wie schon oben geschrieben wurde, würde ich auch Streifen mähen, oder Den Grund von Außen nach Innen mähen. Sonst schönes Projekt.

Hi,
Sieht toll aus! Würde mich auf gefallen...
Wie merkt der wenn Stein kommt? Der wendet dann ja... hab ich da vielleicht etwas übersehen?

Grüsse!

Zitat:

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Zitat von Da_Vinci13

Hi,
Sieht toll aus! Würde mich auf gefallen...
Wie merkt der wenn Stein kommt? Der wendet dann ja... hab ich da vielleicht etwas übersehen?

Grüsse!

---

Knapp die Hälfte des Beitrags handelt davon: Induktionsschleife

Hallo,
gratuliere! Das Festfahren kommt evtl. daher, dass er nach links dreht wenn er rechts anstößt und umgekehrt. Im Endeffekt führt das dazu (bei kleinen Drehwinkeln), dass der Mäher sich in einer Ecke festfährt. Ich habe 15 Rechts- u. 20 Linksdrehungen eingestellt, bei Drehwinkeln von ca. 20 bis 140 Grad (Zufallswinkel).
Meiner läuft auch seit 21. April zur vollsten Zufriedenheit, wenn ich wieder mal Zeit habe werde ich ein paar Bilder und Videos hier einstellen. Ich habe festgestellt, dass man jetzt dreimal solange zum Mähen braucht wie früher. Der Unterschied ist nur, dass man jetzt von der Gartenbank aus zuschaut und nicht mehr selbst mäht.
Gruß,
Michael

@MichaelM
Freut mich, dass Du noch mitliest.
Das Festfahren passiert nur in einer bestimmten „geographischen“ Konstellation und ist ein Ausnahmefall. Den Fall der Rad-Blockade habe ich ja schon abgesichert (nachdem ich 4 Motoren vernichtet habe). Mehr Probleme habe ich, wenn der Mäher sich festfährt, aber die Räder sich gleichwohl weiterdrehen (weil die Software ja immer mehr „Gas“ gibt). Hier müsste man irgendwie feststellen, dass der Mäher sich nicht mehr bewegt. Christian H hatte da eine Lösung über seine Stützräder gefunden. Leider geht das bei mir nicht. Das wird sich aber noch finden.

Zu meiner Power-Lösung mit der Induktionsschleife noch eine Anmerkung:
Als mir dann endlich die Erleuchtung kam, fiel mir auch eine Bemerkung von Dir ein (muss im Thread von/mit Christian H gewesen sein)
Sinngemäßes Zitat: „Wenn ich mal Zeit habe, baue ich ein Netzteil, das 40A-Impulse durch die Schleife schicken kann.“


Im Übrigen bin ich ganz Deiner Meinung:
Zugegeben, es dauert zwar deutlich länger als früher, aber wir lassen mähen und schauen zu. Ich habe das schon stundenlang getan und es ist bisher noch nicht langweilig geworden. Das Zuschauen hat mich sogar schon davon abgehalten, meinen Rasenrobo zu vervollkommnen. Auch das Abfackeln von 4 Motoren (s.o.) geht auf dieses Konto. Aber ich meine, diese anfängliche Euphorie wird sich auch wieder geben.

@da-vinci13
Wo willst Du denn Deinen Mäher laufen lassen? Auf einer Geröll-Halde ? Auf einem normalen Rasen haben (kleine) Steine nichts zu suchen. Sammel sie ein. Bei größeren Steinen fährt der Mäher dagegen und ein Bumper (Schalter) löst ein Umkehrsignal aus.

@nietsche
Mein Problem war erklärtermaßen die Induktionsschleife. Die Störungen durch die Motoren waren m.E. bisher nicht ausreichend behandelt worden. Gerade deshalb habe ich dieses Thema hervorgehoben. Mir persönlich hätte es sehr geholfen, wenn ich diese Ausführungen vor mehr als 1 Jahr in diesem Forum hätte lesen können. Es tut mir leid, wenn ich Dich damit gelangweilt habe.

Gruß an Alle
jguethe

Hi,
@021aet04 und daniel.weber

Um in Bahnen mähen zu können, muss man die Position des Mähers bestimmen können. Die Induktionsschleife bzw. die Sensoren können nur feststellen, ob ein Signal vorhanden ist und ob der Sensor sich innerhalb, außerhalb oder genau über dem Schleifendraht befindet. Ich habe vor langer Zeit mit der Messung der Amplitude (Signalstärke) in der Nähe des Schleifendrahtes experimentiert. Im Prinz kann man damit bestimmen, ob man sich vom Draht entfernt oder diesem näherkommt. Mehr geht aber m.E. nicht.
Mit Navigation beschäftigt sich aktuell Christian H. Siehe folgende Links:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=48791
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=49174

Stützräder
Es sind Original-Stützräder vom Solarmover (Husquarna). Extrem leicht, mit Kugellager. Am Bot habe ich auf jeder Seite 2 Lagerböcke mit jeweils 2 Kugellager befestigt und die vertikale Achse des Stützrades durch die Lager geführt. Das ist alles sehr leichtgängig und ich bin damit sehr zufrieden. Hohes Gras wickelt sich schon manchmal daran fest, insbesondere wenn es feucht ist. Die Funktionsfähigkeit wird dadurch aber nicht beeinträchtigt.

Bei einem winkligen, zugestellten Rasen wirst Du Schwierigkeiten mit der Chaosstrategie haben. Auch ist das Risiko, dass sich der Mäher festfährt, tendenziell grösser. Wenn die Fläche es zulässt, könnte man versuchen, mehrere, kleine Induktionsschleifen auszulegen und den Mäher nacheinander nur kleinere Teilflächen mähen zu lassen. Ob das Sinn macht, hängt aber wohl von den örtlichen Verhältnissen ab. Auch wird man wohl in der Software Problemsituation abdecken müssen. Auch hier ist meine Software noch entwicklungsbedürftig. Z.B. will ich meinem Mäher beibringen, dass er nach n vergeblichen Versuchen, sich aus einer Ecke zu befreien (ich meine nicht, dass er sich festgefahren hat), seine Strategie (z.B. Wende-Winkel) ändert, also selbständig verschiedene Varianten versucht. Ich selbst habe den Schleifendraht auf meiner großen Fläche von insgesamt 400qm auch so verlegt, dass ich entweder die ganze Fläche von 400qm oder aber Teilflächen von 300 qm und 100 qm durch Umstecken am Schleifengenerator aktivieren kann. Auf dem kleinen Teilstück stehen 2 Bäume, davon einer etwa 1m vom Schleifendraht (Grundstücksgrenze) entfernt. Der Mäher hat hier sehr oft Schwierigkeiten, sich aus diesem Bereich selbst zu befreien. Er fährt sich nicht unbedingt fest. Nur dauert es manchmal sehr lange, bis er herausfindet. Hier muss ich das Programm noch verbessern.

Viele Grüße
jguethe

Hallo jguethe,

auch von mir herzliche Gratulation zu Deinem Rasenrobo!
Ich finde es toll, dass Du zwischenzeitlich nicht aufgegeben hast. Ich hatte das schon befürchtet, da längere Zeit von Dir nicht´s mehr im Forum zu hören war.

Bist Du mit der Lautstärke der Motoren zufrieden, insb. dem Mähermotor ?

Für mich ist der Rasenrobo zwar auch eine technische Spielerei, aber auch definitiv eine Arbeitsentlastung. Früher habe ich auch immer wieder kontrolliert, ob der Robo noch arbeitet oder ob er irgendwo feststeckt etc. Macht ja auch Spass zu sehen wie er Bahn für Bahn den Rasen niedermacht. Trotz Gartenteich lasse ich den Robo inzwischen alleine werkeln und es funktioniert wunderbar. Etwa einmal in der Woche werden die Akkus geladen und der Robo ausgesetzt. Nach 3 Stunden hole ich ihn wieder rein. Kurz die Madenschrauben an den Rädern wieder festziehen, fertig. Das Andocken an einer Ladestation habe ich wieder aufgegeben. 3 Stunden mähen nach dem Zufallsprinzip reicht für meinen Garten aus. Etliche Male war der Robo auch bei Regen draussen und hat´s überlebt.

Ein Ortungssystem ist zwar eine technische Herausforderung aber für den praktischen Einsatz meiner Meinung nach zu umständlich. Und ein zuverlässiges System das so exakt ist, dass man auf cm genau Bahn für Bahn mähen kann ist für mich erst mal nicht in Sicht. Trotzdem finde ich´s reizvoll so etwas zu versuchen, deshalb die IR-US-Bake.


Viele Grüße

Christian

Hallo Christian
danke für Deine Glückwünsche.
Dass ich längere Zeit inaktiv war, hatte höchst private Gründe. Anfang dieses Jahres habe ich dann das Rasenmäherprojekt wieder aufgenommen und durch zähe Versuche glücklicherweise eine Lösung meiner technischen Probleme mit der Induktionsschleife gefunden. Mein Ansatz ist sicher nicht elegant, dafür aber effektiv. Viel wichtiger aber war, dass dieses Erfolgserlebnis dazu beigetragen hat, mich privat zu stabilisieren.

Ich bin wirklich „happy“ über meinen Mäher. Es ist kein Spielzeug mehr. Er ist eine echte Hilfe und ich möchte ihn nicht mehr missen. Auf 2 Teilflächen von 100 qm und 300 qm kann ich den Mäher unbeaufsichtigt laufen lassen. Lediglich bei einer weiteren Teilfläche von 100 qm muss ich einstweilen noch etwas aufpassen. Das wird sich aber durch Softwareoptimierung auch noch verbessern lassen.

Ich lasse ihn in der Regel – sofern das Wetter es zulässt – täglich 2- 4 Stunden laufen. Das ist auch sinnvoll , weil ich in diesem Jahr mit Rasendünger etwas grosszügiger als sonst war.
Da der Rasen dank des RasenRobo’s immer kurz gehalten wird, ist das Ergebnis ein sattgrüner, dichter Rasen nach Art eines hochflorigen Teppichs.

Zur Lautstärke der Motoren:
Wir verwenden ja beide einen brushless-Motor von Torcman. Dieser Motor ist einfach super.
Wenn ich diesen mit höherer Geschwindigkeit laufen lasse (ca. 3000 rpm - geschätzt- ), ist der Lärmpegel doch schon beachtlich. Den grössten Anteil daran hat m.E. aber der Mähteller selbst. Soviel rpm ist aber nicht nötig: Ca. 1800 bis 2000 rpm tun es auch. Gegenwärtig überarbeite ich dieses Teil (Umstellung von Optokoppler auf Hall-Sensor). Die Antriebsmotoren „jaulen“ schon ein bisschen, insbesondere wenn sie gefordert werden. Das wurde hier im Forum auch schon beschrieben. Da ich momentan mit verschiedenen Akkupacks arbeite (12 V, 14,4 V und ein Lipo-Akku 18,5V / 5000mAh) muss ich unbedingt meine Drehzahlregelung für den Mähmotor wieder einrichten. Den letztgenannten Akku will ich für den Antrieb und den Mähmotor gemeinsam einsetzen, also auf 1-Akku-Betrieb umstellen. Auch dafür muss ich leider wieder einige Änderungen vornehmen, da die Motortreiberstufe für meine Fahrmotoren nur max 16 V verträgt.

Herzliche Grüsse
jguethe

Hallo,
ich betreibe meine Induktionsschleife mit 38V. Verlegt habe ich 160m NYY-J 3*1,5, wobei alle 3 Adern parallel geschaltet sind.
Die Sicherung gegen Festfahren ist ganz einfach (muss ich in den nächsten Tagen mal ausprobieren): Miss die Zeit, die der Mäher für die Diagonale deines Gartens braucht und gebe 20% Aufschlag. Im Mäher lässt du einen Timer laufen und immer wenn der Mäher an ein Hindernis oder die Schleife stößt setzt du die Zeit auf Null. Läuft der Timer über hat sich der Mäher festgefahren. Ob man dann einfach ausschaltet oder ein Ausweichmanöver fährt ist Geschmackssache.
Gruß,
Michael

Hi MichaelM,

danke für den Tip; ich habe noch einen Hardware-Timer frei.

Nochmal zur Schleife:
Der ohmsche Widerstand Deiner Schleife ist ja wohl bei 4,5qmm geringer als 1 (wird man wohl auch ausrechnen können!). Ich unterstelle, dass Du diese Schleife mit dem Generator aus RN-Wissen betreibst; er stammt m.E. von Dir. Dort wird der Lade-C mit 1 mF (= 1000 µF) und der Vorwiderstand mit 24r angegeben. Kannst Du wenigstens näherungsweise angeben, wieviel A (Spitzenwert) bei 38V fließen ?. Die Leistung Deines Netzteils kenne ich auch nicht. Der Spitzenstrom müsste m.E. vom Netzteil und C begrenzt werden. Der Schleifenwiderstand selbst ist wohl vernachlässigbar, weil gering.

In diesem Zusammen hätte ich eine Verständnisfrage zu meiner Schleife bzw. meinem Generator:
Mein Ladekondensator hat einen Wert von 10 mF , R = 2,2 OHM, das entspricht einer Zeitkonstanten von 0,022. Nach Multiplikation mit 5 ergibt sich rechnerisch ein Wert von 0,11. Mit anderen Worten: in 0,11 sec ist C nahezu voll. Bei meiner Ansteuerung hat C rechnerisch sogar 0,195 sec Zeit, um sich aufzuladen; er müsste also immer voll sein, wenn der IRL3808 durchschaltet.

In meiner grossen Schleife gibt es aber eine Position (kleine Senke), wo das Signal mit Widerstand von 2,2 r nicht empfangen wird; überbrücke ich R, funktioniert alles wieder. Daraus schließe ich, dass bei überbrücktem R doch noch mehr Leistung zur Verfügung gestellt wird. Das scheint mir insofern auch logisch zu sein, da das aufgeladene C und Netzteil dann absolut parallel zum Verbraucher liegen.

Und schließlich noch eine Frage, nämlich ob folgende Überlegung richtig ist:
Die Zeitkonstanten beider RC-Glieder sind nahezu gleich groß; allerdings ist mein C um den Faktor 10 grösser als Deines und R entsprechend niedriger. Meine Dimensionierung müsste doch – wenigsten vom Prinzip her – einen höheren Spitzenstrom ermöglichen. Habe ich da richtig gedacht ?

Viele Grüsse und schon mal im voraus ein Dankeschon für die Antwort.

jguethe

Hallo,
nehmen wir zunächst mal an, dass der Kondensator so groß ist, dass sich während des Impulses die Spannung praktisch nicht ändert. Der Strom vom Netzteil und der Strom durch die Schleife haben den gleichen Arithmetrischen Mittelwert. Für die Schleife sind das bei mir (Frequenz 15Hz, Einschaltdauer 180µs, 38A) 0,18ms * 15Hz * 38A = 103mA. Dieser Strom muss durch den Widerstand zwischen Netzteil und Elko, bei 24Ohm verursacht das rund 2,5V Spannungsfall.
Im realen Gerät entlädt sich der Kondensator natürlich während der Pulszeit. Bei mir sind das 38A * 0,18ms / 1mF = 6,8V, während des Pulses liegt meine Kondensatorspannung also unter 38V, wodurch sich der Strom verringert. In der Praxis hat der Elko auch noch einen Innenwiderstand (ESR), der einen zusätzlichen Spannungsfall während des Entladens verursacht. Die gerechnenten Werte stimmen übrigens gut mit der Praxis überein, meine Schleife nimmt etwa 80mA auf.
Wenn man nun den Widerstand überbrückt und das Netzteil stark genug ist, bricht die Spannung nicht ein (der Kondensator ist in diesem Fall nutzlos). Dadurch ist der Strom in der Schleife höher und die Reichweite entprechend besser. Das Netzteil wird hier allerderdings mit dem vollen Strom belastet (entweder die 38A wie in diesem Beispiel oder die Stromgrenze des Netzteils), ob das auf Dauer gut ist hängt vom Netzteil ab. Das RC-Glied ist nur zum Schutz / Entlastung des Netzteils eingebaut.
Die Werte von oben nochmal auf deine Werte übertragen:
Schleifenstrom: 36V / 3Ohm = 12A
Ladestrom: 12A * 2,5ms * 5Hz = 150mA
Spannngsrückgang am Kondensator: 12A * 2,5ms / 10mF = 3V
Deine Anordung ist also rechnerisch sogar besser geeignet. Wahrscheinlich liegt es am hohen Innenwiderstand des Kondensators. Je niedriger die Nennspannung ist, desto höher ist der Innenwiderstand (bei gleichem Typ). Mein Kondensator hat 200V. Evtl. den einen großen durch mehrere kleine ersetzten (Parallelschaltung z. B. 10 * 1mF).
Ich habe als Mosfet einen IRFP3710 eingesetzt, dieser hat Rdson = 18 mOhm, an diesem fallen gut 600mV ab, daraus folgt ein Strom von etwa 33A. Der Spannungsfall am Elko durch den ESR beträgt etwa 3,5V, der ESR beträgt also ca. 100mOhm.

Zu den von dier weiter oben angesprochenen Störungen durch die Motoren / Akkus / Leitungen: Es ist sehr hilfreich sich an ein Stück Koaxleitung mit BNC-Stecker die Empfangsspule mit Abschlusswiderstand (47kOhm ???) anzulöten. Damit kann man dann mit dem Oszilloskop bei aufgebocktem und laufenden Robi die beste Position aussuchen und ggf. die Wirkung von Schirmblechen testen. Des Weiteren kann man in der Mitte des Rasens auch die Stärke der Impulse feststellen. Zwischen Störungen und Impulsen sollte natürlich mindestens Faktor zwei liegen.

Könntest du mir die Funktion / Sinn der Inverter im Empfänger nochmal näher erklären bzw. das Fehlerbild ohne diese beschreiben? Die Erkenntnisse könnten auch für andere wichtig sein.

Gruß,
Michael

Hi
Danke für die schnelle und ausführliche Antwort.

Ich fange mal hinten an:

Funktion / Sinn der Inverter in der Empfangsschaltung
Im strengen Sinne haben sie eigentliche keine Funktion.
In meinen ersten Versuchen habe ich mich nur mit der Induktiosnschleife und den Sensoren beschäftigt. Für die Versuche mit einer realen Schleife im Garten brauchte ich eine Anzeige. So bin auf dann auf diese Inverter-Schaltung gekommen. Später hat sich dann gezeigt, dass man mit der LED-Anzeige sehr gut die Verstärkung einstellen kann. Sie ersetzt – natürlich unvollkommen – Deine Anzeige mit dem BNC-Stecker und dem Oszilloskop. Letzteres auf dem Rasen aufzubauen, ist ja auch ein Problem; und beweglich ist man damit auch nicht.
Mit Hilfe der LED-Anzeige und bei laufenden Motoren (Robo an verschiedenen Stellen im Garten aufgebockt) bin ich schließlich dahintergekommen, dass die Störungen dann am besten ausgeblendet werden, wenn die Verstärkung so niedrig wie möglich eingestellt ist. Das muss man aber im Gelände machen und vor alllem die Stelle (n) finden, wo die Feldstärke am niedrigsten ist (bei mir eine kleine Senke). Auch dort muss man das Schleifensignal noch empfangen können. Da die Schleifenüberwachung in dieser Versuchsphase nicht angeschlossen war, hat aussetzender Empfang des Schleifensignals mir den Empfang von Störsignalen vorgespiegelt.

Fazit:
Wer zum ersten Mal eine längere Induktionsschleife mit Sensor usw. aufbaut und Antriebs-und Mähmotoren gleichzeitig im realen Gelände laufen lässt (nicht unter Testbedingungen im Wohnzimmer mit Minischleife) , wird prinzipiell m.E. auf die gleichen Schwierigkeiten stoßen, wie ich sie erlebt habe, es sei denn, man gibt von vornherein richtig Power auf die Schleife. Aber wer macht das schon. Genau dies ist aber der Hintergrund dafür, dass ich in meinem Eingangsbeitrag dieses Thema so ausführlich behandelt habe. Wie man sieht, kommt dies aber nicht bei allen gut an.


Zum Thema Schleifenstrom etc.
Herzlichen Dank für Deine Ausführungen. Ich kann diese aber nur teilweise nachvollziehen. Ich habe doch einige kritische Fragen. Gleich am Anfang rechnest Du mit 38A. Das darf man doch nur, wenn das Netzteil diese Leistung auch bringt.

Dann heißt es weiter: „Wenn man nun den Widerstand überbrückt und das Netzteil stark genug ist, bricht die Spannung nicht ein (der Kondensator ist in diesem Fall nutzlos).“
Das erscheint mir logisch. Aber dies lässt doch folgenden Umkehrschluss zu – und genau das ist doch meine These: Wenn das Netzteil eben nicht stark genug ist – und das dürfte doch die Regel sein - , stellt der Kondensator seine Ladung dem Verbraucher ergänzend zur Verfügung, und zwar ist dieser Anteil umso größer, je größer C ist. Mein Netzteil leistet max 8,8 A (elektronisch begrenzt und kurzschlussfest). Bei 36 V Nennausgangsspannung und Schleifen-R von 3, müssten sich rechnerisch 12A ergeben. Mehr als 8,8A geht aber nicht, wenn man nur das Netzteil betrachtet. Das Netzgerät wird also seine Ausgangsspannung auf 8,8A x 3r = 26,4 V herunterregeln wollen; dem wirkt aber das anfänglich auf annähernd 36V aufgeladene C entgegen, so dass das Netzgerät nicht so weit oder so schnell herunterregeln muss, also – wie du auch schreibst – entlastet wird.

Deine Ausführungen klingen aber so, als würde das RC-Glied nur zur Entlastung des Netzteils dienen und keinen Beitrag zur Erhöhung des Spitzenwertes des Stroms leisten.
Hier setzt mein Verständnis aus. Die Ladung von C fließt doch während der Einschaltzeit des Mosfet’s in die Schleife und zwar zusätzlich zum bereits begrenzten Strom des Netzgerätes.

Auch kann ich Deine Rechenbeispiele mit meinen Werten nicht nachvollziehen. Mein Netzteil leistet nur max 8,8A, nicht 12 A.
Mit den Formeln für den Ladestrom und Spannungsrückgang am Kondensator muss ich mich noch ein bisschen vertraut machen. Damit gehe ich nicht täglich um. Das Ohmsche Gesetz scheint aber auch hier der Schlüssel zu sein. Aber mich stören zunächst einmal die Faktoren 12A und 2,5ms. Woher kommt der letztgenannte Wert. Ich finde hier keinen Bezug zu meinen Daten (5ms Einschaltzeit, 195ms Sperrzeit). Oder fehlt mir hier einfach theoretisches Hintergrundwissen, was für Euch Fachleute selbstverständlich ist.

Mit Deinem Schleifenstrom von 80mA (Mittelwert) kann ich dagegen schon mehr anfangen. Während der Einschaltzeit fließen dann rechnerisch – und ideale Rechtecksignale unterstellt – 29, 6 A.

Ich bringe meine Frage noch einmal auf den Punkt (auch wenn ich nun anfange zu nerven):

Variante 1: C = 1mF, R= 22r
Variante 2: C = 10mF, R = 2,2r
Prämisse für beide Varianten: das Netzteil ist während der Öffnungszeit des Mosfet’s total überlastet.

Ich meine, dass der Schleifenstrom in der Variante 2 höher sein muss als in Variante 1.
Ist das richtig? und wenn ja, ist die Differenz nennenswert oder eher geringfügig? Oder bin ich total auf dem falschen Dampfer.



Übrigens: Mein Kondensator ist für max 63V ausgelegt. Ich hatte eigentlich befürchtet, dass er nicht lange durchhält. Er macht es aber immer noch.

Noch einmal: Wenn ich hier Unsinn absondere, dann immer raus damit.

Viele Grüsse
jguethe

Hallo,

könnte man die Induktionsschleife nur über den Kondensator betreiben? Ich denke mir das so: Man lädt den Kondensator für 200msec über einen Trafo, Brückengleichrichter und Vorwiderstand auf. Der Kondensator wird dann alle 200msec für 5sec über einen Wechslerkontakt an die Schleife geschaltet und sozusagen kurzgeschlossen. Ich habe das mal Simuliert und die Ergebnisse mit Schaltplan angehängt.

MfG
Martin

Hallo,
woher ich die 2,5ms habe kann ich mir gerade auch nicht erklären, es muss natürlich 5ms heißen.

Ich habe in meinem Beitrag oben mit den Extremwerten gerechnet, d. h. einmal mit einem "unendlich" großen Elko ohne Innenwiderstand, einmal mit einem Netzteil, welches den Strom liefern kann. Wie du oben bereits richtig schreibst ergänzen sich in der Praxis die Ströme aus Kondnesator und NEtzteil, d. h. das Netzteil bringt seinen maximalen Ausgangsstrom und die Spannung bricht soweit zusammen, dass aus dem Kondensator genug Strom nachkommt. Der Strom bei dir wird natürlich irgendwo zwischen 8,8A und 12A liegen, 8,8A sind das Minimum (vorgegeben durch das Netzteil), 12A der Idealwert. Ich habe der Einfachheit nur mit 12A gerechent, so kommen weiter oben auch die 38A zustande.
Zum Ladestrom und Spannungsrückgang:
Den Ladestrom kann man über den arithmetrischen Mittelwert berechnen, denn was aus dem Kondensator entnommen wird, muss auch wieder hinein. In meinem Beispiel gehe ich davon aus, dass der gesamte Schleifenstrom aus dem Kondensator entnommen wird (das ist bei mir auch der Fall aufgrund des 24Ohm-Widerstandes). Es werden aus dem Kondensator 38A 180µs lang entnommen. Die "Strommenge" kann man berechnen: 38A * 0,18ms = 6,84mAs = 6,84mC (Columb). Diese Ladungsmenge muss wieder nachgeladen werden, und zwar bei 15Hz in 1/15s = 66,7ms: 6,84mC / 66,7ms = 103mA.
Wenn aus einem Kondensator ein Strom entnommen wird, geht die Spannung zurück, für das Beispiel gehe ich von einem konstanten Strom aus. Ein Farad bedeutet, dass sich die Spannung bei 1A um 1V/s ändert. Bei mir sind das 38A * 0,18ms / 1mF = 6,8V, d. h. wenn der Kondensator vor dem Impuls auf 38V aufgeladen ist hat er danach noch rund 31V. Durch die geringere Spannung ist der Strom natürlich am Ende auch geringer (= kleinere Reichweite) und der Kondensator entlädt sich etwas langsamer als eben angenommen, man müsste das Ganze also mit einem mittleren Strom von vielleicht 35A rechnen.
Ein weiterer entscheidender Punkt ist der Innenwiderstand des Elkos: Man sich das so vorstellen, als ob ein Kondensator und ein Widerstand in Reihe geschaltet wären. Hierdurch verringert sich die Klemmenspannung am Elko und damit auch der Strom in der Schleife.
Wie gesagt, ich habe hier nie bis ins letzte Detail gerechnet, sondern grob verienfacht. Man könnte jetzt alles nochmal genau rechnen mit einer Monsterformel aber das trägt nicht unbedingt dem Verständnis bei.
Wenn noch weitere Fragen bestehen immer raus damit.
Gruß,
Michael

Hallo Martin,
habe deinen Beitrag erst jetzt gesehen.
Im Prinzip läuft es bei mir so. Ich spare mir nur den Kontakt im Ladekreis indem ich einen Widerling einsetze.
Man muss allerdings aufpassen, dass der Impuls nicht solange dauert bis der Kondensator leer ist. Die Schleife hat nämlich nicht nur einen Widerstand sondern auch eine gehörige Induktivität. Der Strom in der Schleife wird nach dem Abschalten keineswegs Null, sondern kehrt sich nur um (in voller Höhe!!!) und fließt bei geöffnetem Kontakt / Transistor über die Freilaufdiode weiter. Würde man nicht abschalten hat man einen schönnen Schwingkeis und die Energie würde mit der Zeitkonstanten zwischen Elko und Schleife hin- und herpendeln. Da es dann mehr als nur zwei Imulse gibt (normal ist ein positiver gefolgt von einem negativen) kann man nicht mehr feststellen, ob man sich innerhalb oder außerhalb der Schleife befindet. (Siehe dazu auch den Thread von ChristianH und den Eintrag in RN_Wissen).
Ich habe ganz am Anfang aber mal ähnliche Versuche gemacht um nur einen Impuls zu erzeugen.
Ich hoffe ich habe nicht noch mehr verwirrt, eigentlich wollte ich die Induktivität hier garnicht ansprechen.
Gruß,
Michael

Hallo Michael,
herzlichen Dank für Deine geduldigen Ausführungen. Das hast Du nun wirklich so gut erklärt, dass selbst ich mit meinen rudimentären Theoriekenntnissen folgen kann. Die Theorie und ich sind wieder eins.
Ich begann schon an mir zu zweifeln.

Ich werde mal mein Oszilloskop direkt an die Schleife hängen. Falls die Teilung am Osci und Tastkopf nicht ausreicht, schalte ich halt noch einen freischwebend verdrahteten Spannungsteiler davor. Es müsste doch möglich sein, auf diese Weise die Spitzenspannung und damit den Spitzenstrom zu bestimmen.

Viele Grüße
jguethe

Hallo,
du kannst zusätzlich auch die Spannung von Drain nach Source messen, der Widerstand dort liegt in der Größenordung von 12mOhm (kann man bei der geringen Steuerspannung schlecht sagen, im Datenblatt ist aber ein Diagramm).
Abropos Datenblatt: Der IRL3803 hat nur eine maximale Spannungsfestigkeit von 30V! Das wird bei 36V schon knapp.

http://www.irf.com/product-info/data...ta/irl3803.pdf

Gruß,
Michael

Hallo Michael,

danke für Deine Antwort. Was meinst Du mit Widerling? Einen Widerstand der den Ladestrom begrenzt und gleichzeitig den Strom aus dem Netzteil bei aktiv geschalteter Schleife?
An die Induktivität hatte ich noch gar nicht gedacht. Macht aber Sinn. ;-) Theoretisch könnte man die ja auch noch berechnen, wenn man den Schleifendurchmesser kennt. Aber praktisch reicht es wohl, wenn man einfach eine Freilaufdiode nimmt. (BZW. MOSFETs und hier die parasitäre Body-Diode als Freilaufdiode einsetzt)

MfG
Martin