ArduMower: Notaus des Mähantriebs

Autoren: Phillip Blunck, Tom Niehaus, Marius Schaffer

Betreuer: Prof. Schneider, Prof. Göbel

Einleitung

Für den ArduMower muss ein Notaus entwickelt werden, sodass vom Mähwerk keine Gefahr für den nutzer oder Lebewesen auf der Rasenfläche ausgeht. Bei Betätigung soll das Mähwerk seine Funktion innerhalb von 0,5 s einstellen und wenn der Mäher im Betrieb angehoben wird oder fällt, ist der Notaus auszulösen.

Anforderungen

Spezifikations-ID	Anforderungs-ID	Anforderung
0180	REQ10.2300	2.2 Der Mäher muss über einen Notaus verfügen. Wird dieser betätigt stellt der Mäher innerhalb von 0,5s sein Funktion bis zum Stillstand der Mähklingen ein. Wird der Mäher im Betrieb angehoben oder fällt dieser um ist der Notaus auszulösen
0180	REQ10.2300	Strategie zur Motorbremsung umsetzen
0180	REQ10.2300	Gefahrenpotential bemessen/bewerten
0180	REQ10.2300	Strategie zur Motorbremsung entwerfen und simulieren
0180	REQ10.2300	Soft-Notaus Schnittstelle zur Software
0180	REQ10.2300	Roboter darf bei Kontaktverlust nicht "ausbüchsen"

Vorgehensweise

Zur Bewertung der Sicherheit und Konzeptentwicklung ist zunächst der Mähmotor in Betrieb genommen worden. Hierfür wurden die passenden Treiber bestellt. Für die Inbetriebnahme ist ein anderer Treiber verwendet worden, da der vorgesehene Treiber zwar bestellt aber noch nicht geliefert worden ist. Für die erste Inbetriebnahme ist dieses jedoch nicht weiter schlimm. Über den Motortreiber konnte der Motor angesteuert werden, um einen Test durchzuführen und die Stoppzeit des Motors zu messen. Aufgrund dieses Tests ist eine Bewertung mit Hinsicht auf die Sicherheit erstellt worden. Aufgrund der Bewertung ist ein Konzept entwickelt worden um den Motor innerhalb einer kurzen Zeit zu stoppen. Außerdem ist ein Schalter eingebaut worden um die Antriebe vom Strom zu trennen.

Der Mähmotor

Abb. 1: Mähmotor

• 3150 Umdrehungen pro Minute
• 140 mNm / 46 W
• 24V ~ 1.0 A

Beurteilung der Sicherheit

Der Mähmotor benötigt bei maximaler Drehzahl (3150 U/min) bis zum tatsächlichen Stopp 30s. Die Zeit von 30 Sekunden ist aufgrund von Sicherheitsaspekten nicht akzeptabel.

Konzeptentwicklung

Hardware Notaus

Ein 24 Volt Relay wird über den Notausknopf des Ardumower angesteuert. Der Notaus schaltet den Kanal um, wodurch der Motor vom Protectorboard getrennt wird und dann kurzgeschlossen wird. Die Energie die dabei erzeugt wird, da der Motor nun als Generator funktioniert wird über einen Widerstand in Wärme umgewandelt.

Software Notaus

Abb. 2: 5V Relaykarte

Die Relaykarte wird über einen Digitalpin des Arduino Megas angesteuert. Dadurch wird der Motor vom Protectorboard getrennt und die Energie, die der Motor erzeugt, über einen Widerstand in Wärmeenergie umgewandelt.

Die folgende Abbild stellt die Umsetzung in Simulink dar. Der Eingang welcher hier als

Meilenstein 3

• 50% der Gesamtlösung
• Absprache des Konzepts ausstehend
• Praktische Umsetzung ausstehend