AM 16: Anhebeschutz

Dieser Wiki-Beitrag ist Teil eines Projektes, welches im Rahmen vom Fachpraktikum Elektrotechnik im 5. Semester Mechatronik absolviert wurde. Ziel des Beitrags ist es, eine nachhaltige Dokumentation zu schaffen, welche die Ergebnisse festhält und das weitere Arbeiten am Projekt ermöglicht.

Autoren:

Betreuer: Prof. Schneider

Aufgabe

Anhebeschutz, Fallschutz und Diebstahlschutz

Wird der Mäher angehoben, muss aus Sicherheitsgründen das Mähwerk sofort ausgeschaltet werden. Dies gilt auch, wenn der Mäher umkippt. Optional kann ein unangenehmer Ton (z.B. Fridge Alert) vor Diebstahl warnen.

Erwartungen an die Projektlösung

• Einarbeitung in die bestehenden Ardumowers-Unterlagen
• Planung und Beschaffung der Bauteile
• Aufbau und Anhebeschutzes
• Inbetriebnahme und Test
• Erstellen Sie ein faszinierendes Video, welches die Funktion visualisiert.
• Test und wiss. Dokumentation

Schwierigkeitsgrad

• Mechanik: **
• Elektrotechnik: *
• Informatik:

Einleitung

Das fünfte Semester der Mechatronik soll in Zusammenarbeit mit den Masterstudenten an der HSHL einen autonomen Rasenmähroboter planen, bauen und in Betrieb nehmen. Ziel unseres Teilprojektes war es, eine automatische Not-Aus Funktion in den Ardumower bei Umkippen oder Anheben zu implementieren. Dadurch soll das Verletzungsrisiko minimiert werden. Um dies zu realisieren, gibt es verschiedene Lösungsstrategien, welche im folgenden Absatz näher dargelegt werden.

Lösungsstrategie

Gelöst werden kann das Problem des Anhebeschutzes auf mehrere Weisen.

Abbildung 1: IMU

Einerseits wird mit der Ansteuerung eines Gyrosensors oder eines Beschleunigungssensors ein Anhebeschutz entwickelt. Wenn der Ardumower unsachgemäß angehoben wird, erfährt der Sensor eine beschleunigte Bewegung in z-Richtung und der Motor muss abgeschaltet werden. Bei einem Umkippen wird der Sensor ebenfalls ausschlagen und reagieren können, da er eine beschleunigte Bewegung in x- oder y-Richtung erfährt; dabei ist zu beachten, dass ein Schwellwert überschritten werden muss, da der Sensor durch die Bewegung des Ardumowers generell Bewegungen in x- bzw. y-Richtung erfährt. Ein bekanntes Problem dabei ist die Tatsache, dass die Gyrosensoren ab einer gewissen Geschwindigkeit reagieren müssen. Dies bedeutet, dass der Ardumower (beim langsamen Anheben) nicht reagiert und die Klingen nicht aufhören sich zu drehen. Ein Link zu dem Gyrosensor der IMU gibt es hier. [1]

Abbildung 2: Infrarotsensor

Alternativ gibt es die Lösung mit dem sogenannten Dropsensor. So wären am Gehäuse 2 IR Entfernungssensoren angebracht. Hierbei wird der Abstand der Sensoren zu dem Boden gemessen und bei einer zu großen Entfernung der Motor ausgeschaltet / Alarm ausgelöst. Die Dropsensoren bieten Einstellmöglichkeiten auf der Rückseite für die Entfernung und die Empfindlichkeit. Diese Lösung hat im Vergleich zu der ersten den Vorteil, dass ab einer Mindestentfernung der Ardumower abschaltet, auch wenn er langsam angehoben wird. Beim Verdecken der Sensoren werden sie Unabhängig zu der Entfernung zum Boden nicht reagieren. Ein weiteres Problem sind nasse Untergründe, die die IR Sensoren Entfernungen falsch einschätzen lassen. Bodenunebenheiten sind ein zusätzliches Problem, wenn die Sensoren zu empfindlich reagieren. Einen Link zu dem Dropsensor gibt es hier [2]

Abbildung 3: Bumpersensor mit Schlauchanschlüssen

Eine weitere mögliche Lösung wäre ein Bumpersensor mit einem an der Unterseite des Ardumowers umrandenden Schlauchs. Sobald unter den Ardumower gegriffen wird, würde das Drücken auf den Schlauch den Luftdruck im Bumpersensor verändern und der Sensor würde reagieren. Diese Lösung ist nicht so fehleranfällig, jedoch kann es passieren, dass in die Klingen des Mähers gegriffen wird, bevor der Bumpersensor anschlägt. Zudem reagiert der Sensor auf Hindernisse, die groß genug sind, um die Schläuche zusammenzudrücken. [3]

Projektdurchführung

Projektplan

• Einteilung in Arbeitsgruppen
• Organisation und Koordination gruppeninterner Teilprojekte
• Entwickeln von Lösungsstrategien
• Erstellung der BOM
• Implementierung der Bauteile
• Initialisierung und Kalibrierung
• Inbetriebnahme und Test
• Auswertung
• Absprache mit involvierten Projektgruppen
• Wissenschaftliche Dokumentation

Verwendete Bauteile

Für die Lösungsstrategie mit einem Gyrosensor oder dem Beschleunigungssensor benötigt man den dementsprechenden Sensor (meist auf einem IMU verbaut).

Für die Lösungsstrategie mit einem Dropsensor benötigt man mindestens einen Infrarotsensor. Mit mehreren Sensoren kann die Genauigkeit erhöht werden, bzw. festgestellt werden, ob der Ardumower eine Schieflage erfährt.

Für die Lösungsstrategie mit einem Bumpersensor benötigt man einen Bumpersensor (z.b. Bumper-Duino), sowie einen das Gehäuse umrandenden Schlauch, dessen Enden an den Sensor angeschlossen sind.

Unabhängig von der Wahl der Lösungsstrategie müssen alle Sensoren an eine Stromquelle angeschlossen sein, um funktionieren zu können.

Schnittstellen mit anderen Teilprojekten

AM_12: Ardumower Hauptplatine

AM_09: Inertialnavigation

Zusammenfassung

Wir haben drei Lösungsstrategien zur Verwirklichung unseres Teilprojektes entworfen.

Die einzelnen Teilprojekte bauen teilweise aufeinander auf und können nicht parallel bearbeitet werden; so müssen manche Projektgruppen auf den Abschluss der Arbeit anderer Projektgruppen warten, um die Bearbeitung ihres Projektes durchzuführen. Die Kommunikation zwischen einzelnen Gruppen ist daher unabdinglich. Der Erfolg des Gesamtprojektes beruht auf Absprache und Organisation unter den Gruppen und Teamleitern.

Bis zur Lieferung der Bauteile war schon ein Großteil unseres Workloads für die Praktika aufgewendet. Da wir uns auf vier Praktika vorbereiten mussten, blieb wenig Zeit für die Erarbeitung des Ardumowerprojektes.

Weiterführende Links

• Wikimedia
• Ardumower Wiki
• Wiki: Dropsensor
• Hackster: IMU 3D Motion
• Diyhacking: IMU Tutorial
• Ardumower: IMU Tutorial
• Ardumower: Start
• Arduino: Gyrosensor Tutorial

Unterlagen

Es wurden ausschließlich digitale Medien genutzt; die verwendeten Links sind oben einzusehen.

YouTube-Video

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