RTK GPS Driven Mower: 16 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Αυτό το ρομπότ χλοοκοπτικό είναι ικανό για πλήρως αυτόματη κοπή χόρτου σε μια προκαθορισμένη πορεία. Χάρη στην καθοδήγηση του RTK GPS, το μάθημα αναπαράγεται με κάθε κούρεμα με ακρίβεια μεγαλύτερη από 10 εκατοστά.

Βήμα 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Θα περιγράψουμε εδώ ένα ρομπότ χλοοκοπτικό ικανό να κόψει το γρασίδι εντελώς αυτόματα σε μια πορεία που είχε καθοριστεί εκ των προτέρων. Χάρη στην καθοδήγηση του RTK GPS, το μάθημα αναπαράγεται σε κάθε κούρεμα με ακρίβεια μεγαλύτερη από 10 εκατοστά (η εμπειρία μου). Ο έλεγχος βασίζεται σε μια κάρτα Aduino Mega, συμπληρωμένη από κάποιες ασπίδες ελέγχου κινητήρα, επιταχυνσιόμετρα και πυξίδα καθώς και κάρτα μνήμης.

Είναι ένα μη επαγγελματικό επίτευγμα, αλλά μου επέτρεψε να συνειδητοποιήσω τα προβλήματα που αντιμετωπίζονται στη γεωργική ρομποτική. Αυτός ο πολύ νέος κλάδος αναπτύσσεται ραγδαία, υποκινούμενος από τη νέα νομοθεσία για τη μείωση των ζιζανίων και των φυτοφαρμάκων. Για παράδειγμα, εδώ είναι ένας σύνδεσμος για την τελευταία έκθεση γεωργικής ρομποτικής στην Τουλούζη (https://www.fira-agtech.com/). Ορισμένες εταιρείες όπως η Naio Technologies κατασκευάζουν ήδη λειτουργικά ρομπότ (https://www.naio-technologies.com/).

Σε σύγκριση, το επίτευγμά μου είναι πολύ μέτριο, αλλά εντούτοις καθιστά δυνατή την κατανόηση του ενδιαφέροντος και των προκλήσεων με παιχνιδιάρικο τρόπο. …. Και τότε λειτουργεί πραγματικά! … Και ως εκ τούτου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να κόψει γρασίδι γύρω από το σπίτι του, διατηρώντας παράλληλα τον ελεύθερο χρόνο του…

Ακόμα κι αν δεν περιγράφω την υλοποίηση στις τελευταίες λεπτομέρειες, οι ενδείξεις που δίνω είναι πολύτιμες για αυτόν που θα ήθελε να ξεκινήσει. Μη διστάσετε να κάνετε ερωτήσεις ή να κάνετε προτάσεις, που θα μου επιτρέψουν να ολοκληρώσω την παρουσίασή μου προς όφελος όλων.

Θα ήμουν πολύ χαρούμενος αν αυτό το είδος έργου μπορούσε να δώσει σε πολύ νεότερους ανθρώπους μια γεύση για τη μηχανική…. για να είμαστε έτοιμοι για τη μεγάλη ληστεία που μας περιμένει….

Επιπλέον, αυτός ο τύπος έργου θα ταιριάζει απόλυτα σε μια ομάδα νέων που έχουν κίνητρα σε ένα κλαμπ ή fablab, για να εξασκηθούν στην εργασία ως ομάδα έργου, με μηχανικούς, ηλεκτρικούς, αρχιτέκτονες λογισμικού με επικεφαλής έναν μηχανικό συστήματος, όπως στη βιομηχανία.

Βήμα 2: ΚΥΡΙΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ

Ο στόχος είναι να παραχθεί ένα λειτουργικό πρωτότυπο χλοοκοπτικό ικανό να κόβει αυτόνομα γρασίδι σε έδαφος που μπορεί να έχει σημαντικές παρατυπίες (λιβάδια και όχι γκαζόν).

Ο περιορισμός πεδίου δεν μπορεί να βασίζεται σε φυσικό φράγμα ή περιορισμό καλωδίου οδηγού, όπως για ρομπότ κοπής γκαζόν. Τα χωράφια προς κοπή είναι πράγματι μεταβλητά και μεγάλης επιφάνειας.

Για τη ράβδο κοπής, ο στόχος είναι να διατηρηθεί η ανάπτυξη του γρασιδιού σε ένα ορισμένο ύψος μετά από ένα πρώτο κούρεμα ή βούρτσισμα που έγινε με άλλο μέσο.

Βήμα 3: ΓΕΝΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ

Το σύστημα αποτελείται από ένα κινητό ρομπότ και μια σταθερή βάση.

Στο κινητό ρομπότ βρίσκουμε:

- Το ταμπλό

- Το γενικό πλαίσιο ελέγχου που περιλαμβάνει κάρτα μνήμης.

- το χειροκίνητο χειριστήριο

- Το GPS διαμορφώθηκε ως "rover" και ο δέκτης RTK

- 3 μηχανοκίνητους τροχούς

- Κινητήρες τροχών

- η ράβδος κοπής που αποτελείται από 4 περιστρεφόμενους δίσκους ο καθένας φέρει 3 λεπίδες κοπής στην περιφέρεια (πλάτος κοπής 1 μέτρο)

- το κουτί διαχείρισης της ράβδου κοπής

- τις μπαταρίες

Στη σταθερή βάση βρίσκουμε το GPS διαμορφωμένο ως "βάση" καθώς και τον πομπό των διορθώσεων RTK. Σημειώνουμε ότι η κεραία είναι τοποθετημένη σε ύψος έτσι ώστε να ακτινοβολεί για μερικές εκατοντάδες μέτρα γύρω από το σπίτι.

Επιπλέον, η κεραία GPS βλέπει ολόκληρο τον ουρανό χωρίς απόκρυψη από κτίρια ή βλάστηση.

Οι λειτουργίες Rover και η βάση GPS θα περιγραφούν και θα εξηγηθούν στην ενότητα GPS.

Βήμα 4: ΟΔΗΓΙΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (1/4)

Προτείνω να εξοικειωθείτε με το ρομπότ μέσω του εγχειριδίου του, το οποίο δείχνει καλά όλες τις λειτουργίες του.

Περιγραφή του ταμπλό:

- Ένας γενικός διακόπτης

- Ένας πρώτος επιλογέας 3 θέσεων επιτρέπει την επιλογή των τρόπων λειτουργίας: χειροκίνητη λειτουργία ταξιδιού, λειτουργία εγγραφής κομματιού, λειτουργία κοπής

- Ένα κουμπί πίεσης χρησιμοποιείται ως δείκτης. Θα δούμε τις χρήσεις του.

- Δύο άλλοι επιλογείς 3 θέσεων χρησιμοποιούνται για την επιλογή ενός αριθμού αρχείου από το 9. Έχουμε ως εκ τούτου 9 αρχεία κοπής ή εγγραφές ταξιδιού για 9 διαφορετικά πεδία.

- Ένας επιλογέας 3 θέσεων είναι αφιερωμένος στον έλεγχο της ράβδου κοπής. Θέση OFF, θέση ON, προγραμματισμένη θέση ελέγχου.

- Οθόνη δύο γραμμών

- επιλογέας 3 θέσεων για τον καθορισμό 3 διαφορετικών οθονών

- μια λυχνία LED που υποδεικνύει την κατάσταση του GPS. Απενεργοποιείται, χωρίς GPS. LED που αναβοσβήνει αργά, GPS χωρίς διορθώσεις RTK. Λάμπα LED που αναβοσβήνει γρήγορα, λαμβάνονται διορθώσεις RTK. Φωτιζόμενες λυχνίες, κλείδωμα GPS στην υψηλότερη ακρίβεια.

Τέλος, το joystick διαθέτει δύο επιλογείς 3 θέσεων. Ο αριστερός ελέγχει τον αριστερό τροχό, ο δεξιός ελέγχει τον δεξιό τροχό.

Βήμα 5: ΟΔΗΓΙΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (2/4)

Χειροκίνητη λειτουργία (δεν απαιτείται GPS)

Μετά την ενεργοποίηση και την επιλογή αυτής της λειτουργίας με τον επιλογέα λειτουργίας, το μηχάνημα ελέγχεται με το χειριστήριο.

Οι δύο επιλογείς 3 θέσεων έχουν ένα ελατήριο επιστροφής το οποίο τους επιστρέφει πάντα στη μεσαία θέση, που αντιστοιχεί στο σταμάτημα των τροχών.

Όταν ο αριστερός και ο δεξιός μοχλός ωθούνται προς τα εμπρός, οι δύο πίσω τροχοί στρίβουν και το μηχάνημα πηγαίνει ευθεία.

Όταν τραβάτε τους δύο μοχλούς προς τα πίσω, το μηχάνημα πηγαίνει κατευθείαν πίσω.

Όταν ένας μοχλός ωθείται προς τα εμπρός, το μηχάνημα περιστρέφεται γύρω από τον σταθερό τροχό.

Όταν ο ένας μοχλός ωθείται προς τα εμπρός και ο άλλος προς τα πίσω, το μηχάνημα περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του σε ένα σημείο στη μέση του άξονα ενώνοντας τους πίσω τροχούς.

Η μηχανοκίνηση του μπροστινού τροχού προσαρμόζεται αυτόματα σύμφωνα με τα δύο χειριστήρια που τοποθετούνται στους δύο πίσω τροχούς.

Τέλος, σε χειροκίνητη λειτουργία είναι επίσης δυνατή η κοπή χόρτου. Για το σκοπό αυτό, αφού ελέγξαμε ότι κανείς δεν είναι κοντά στους δίσκους κοπής, βάζουμε ON το κουτί διαχείρισης της ράβδου κοπής ("σκληρός" διακόπτης για ασφάλεια). Ο επιλογέας κοπής του πίνακα οργάνων τοποθετείται στη συνέχεια στο ON. Αυτή τη στιγμή περιστρέφονται οι 4 δίσκοι της ράβδου κοπής. Το

Βήμα 6: ΟΔΗΓΙΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (3/4)

Λειτουργία εγγραφής κομματιού (απαιτείται GPS)

- Πριν ξεκινήσετε να καταγράφετε ένα τρέξιμο, ένα αυθαίρετο σημείο αναφοράς για το πεδίο ορίζεται και σημειώνεται με ένα μικρό στοίχημα. Αυτό το σημείο θα είναι η προέλευση των συντεταγμένων στο γεωγραφικό πλαίσιο (φωτογραφία)

- Στη συνέχεια επιλέγουμε τον αριθμό αρχείου στον οποίο θα καταγραφεί το ταξίδι, χάρη στους δύο επιλογείς στον πίνακα ελέγχου.

- Έχει ρυθμιστεί η βάση ON

- Βεβαιωθείτε ότι το LED κατάστασης GPS αρχίζει να αναβοσβήνει γρήγορα.

- Βγείτε από τη χειροκίνητη λειτουργία τοποθετώντας τον επιλογέα λειτουργίας πίνακα οργάνων στη θέση εγγραφής.

- Στη συνέχεια, το μηχάνημα μετακινείται χειροκίνητα στη θέση του σημείου αναφοράς. Ακριβώς η κεραία GPS πρέπει να βρίσκεται πάνω από αυτό το ορόσημο. Αυτή η κεραία GPS βρίσκεται πάνω από το σημείο που βρίσκεται ανάμεσα στους δύο πίσω τροχούς και είναι το σημείο περιστροφής του μηχανήματος από μόνο του.

- Περιμένετε μέχρι να ανάψει η λυχνία LED κατάστασης GPS χωρίς να αναβοσβήνει. Αυτό υποδεικνύει ότι το GPS είναι στη μέγιστη ακρίβεια (GPS "Fix").

- Η αρχική θέση 0,0 επισημαίνεται πατώντας το δείκτη του ταμπλό.

- Στη συνέχεια μεταβαίνουμε στο επόμενο σημείο που θέλουμε να χαρτογραφήσουμε. Μόλις φτάσει, το σηματοδοτούμε χρησιμοποιώντας τον δείκτη.

- Για να τερματίσουμε την εγγραφή, επιστρέφουμε στη χειροκίνητη λειτουργία.

Βήμα 7: ΟΔΗΓΙΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (4/4)

Λειτουργία κοπής (απαιτείται GPS)

Πρώτον, πρέπει να προετοιμάσετε το αρχείο σημείων που πρέπει να περάσει το μηχάνημα για να κόψει ολόκληρο το πεδίο χωρίς να αφήσει άκοπη επιφάνεια. Για να γίνει αυτό, παίρνουμε το αρχείο αποθηκευμένο στην κάρτα μνήμης και από αυτές τις συντεταγμένες, χρησιμοποιώντας για παράδειγμα το Excel, δημιουργούμε μια λίστα σημείων όπως στη φωτογραφία. Για καθένα από τα σημεία που πρέπει να επιτευχθούν, υποδεικνύουμε εάν η ράβδος κοπής είναι ON ή OFF. Δεδομένου ότι είναι η ράβδος κοπής που καταναλώνει τη μεγαλύτερη ισχύ (από 50 έως 100 Watt ανάλογα με το γρασίδι), είναι απαραίτητο να είστε προσεκτικοί για να απενεργοποιήσετε τη ράβδο κοπής όταν διασχίζετε ένα ήδη κοπημένο πεδίο για παράδειγμα.

Καθώς δημιουργείται ο πίνακας κοπής, η κάρτα μνήμης τοποθετείται ξανά στην ασπίδα της στο συρτάρι ελέγχου.

Το μόνο που μένει τότε είναι να βάλετε τη βάση και να μεταβείτε στο πεδίο κοπής, ακριβώς πάνω από το ορόσημο αναφοράς. Στη συνέχεια, ο επιλογέας λειτουργίας ορίζεται σε "Κούρεμα".

Σε αυτό το σημείο, το μηχάνημα θα περιμένει από μόνο του το κλείδωμα GPS RTK στο "Fix" για να μηδενίσει τις συντεταγμένες και να ξεκινήσει το κούρεμα.

Όταν τελειώσει το κούρεμα, θα επιστρέψει μόνο του στο σημείο εκκίνησης, με ακρίβεια περίπου δέκα εκατοστών.

Κατά τη διάρκεια της κοπής, το μηχάνημα κινείται σε ευθεία γραμμή μεταξύ δύο συνεχόμενων σημείων του αρχείου σημείου. Το πλάτος κοπής είναι 1,1 μέτρα Δεδομένου ότι το μηχάνημα έχει πλάτος μεταξύ τροχών 1 μέτρου και μπορεί να περιστρέφεται γύρω από έναν τροχό (δείτε βίντεο), είναι δυνατό να φτιάξετε παρακείμενες λωρίδες κοπής. Αυτό είναι πολύ αποτελεσματικό!

Βήμα 8: ΜΗΧΑΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

Η δομή του ρομπότ

Το ρομπότ είναι χτισμένο γύρω από μια δομή πλέγματος από σωλήνες αλουμινίου, γεγονός που του δίνει καλή ακαμψία. Οι διαστάσεις του είναι περίπου 1,20 μέτρα μήκος, 1 μέτρο πλάτος και 80 εκατοστά ύψος.

Οι τροχοί

Μπορεί να κινηθεί χάρη σε 3 παιδικούς τροχούς ποδηλάτου σε διάμετρο 20 ίντσες: Δύο πίσω τροχοί και ένας μπροστινός τροχός παρόμοιος με τον τροχό των καροτσιών σούπερ μάρκετ (φωτογραφίες 1 και 2). Η σχετική κίνηση των δύο πίσω τροχών εξασφαλίζει τον προσανατολισμό του

Οι κινητήρες κυλίνδρων

Λόγω των παρατυπιών στο πεδίο, είναι απαραίτητο να υπάρχουν μεγάλες αναλογίες ροπής και συνεπώς μεγάλη αναλογία μείωσης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποίησα την αρχή της πίεσης του κυλίνδρου στον τροχό, όπως στο solex (φωτογραφίες 3 και 4). Η μεγάλη μείωση καθιστά δυνατή τη διατήρηση του μηχανήματος σταθερό σε κλίση, ακόμη και όταν κόβεται η ισχύς του κινητήρα. Σε αντάλλαγμα, το μηχάνημα προχωρά αργά (3 μέτρα/ λεπτό)… αλλά το γρασίδι μεγαλώνει επίσης αργά….

Για τον μηχανικό σχεδιασμό χρησιμοποίησα το λογισμικό σχεδίασης Openscad (πολύ αποτελεσματικό λογισμικό δέσμης ενεργειών). Παράλληλα για τα σχέδια λεπτομερειών χρησιμοποίησα το Drawing from Openoffice.

Βήμα 9: GPS RTK (1/3)

Απλό GPS

Το απλό GPS (φωτογραφία 1), αυτό στο αυτοκίνητό μας έχει ακρίβεια μόλις λίγων μέτρων. Εάν καταγράψουμε τη θέση που υποδεικνύεται από ένα τέτοιο GPS που διατηρείται σταθερό για μία ώρα για παράδειγμα, θα παρατηρήσουμε διακυμάνσεις αρκετών μέτρων. Αυτές οι διακυμάνσεις οφείλονται σε διαταραχές στην ατμόσφαιρα και ιονόσφαιρα, αλλά και σε λάθη στα ρολόγια των δορυφόρων και σφάλματα στο ίδιο το GPS. Επομένως, δεν είναι κατάλληλο για την εφαρμογή μας.

RTK GPS

Για να βελτιωθεί αυτή η ακρίβεια, χρησιμοποιούνται δύο Gps σε απόσταση μικρότερη των 10 km (φωτογραφία 2). Υπό αυτές τις συνθήκες, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι οι διαταραχές της ατμόσφαιρας και της ιονόσφαιρας είναι πανομοιότυπες σε κάθε GPS. Έτσι, η διαφορά θέσης μεταξύ των δύο GPS δεν διαταράσσεται πλέον (διαφορικό). Εάν συνδέσουμε τώρα ένα από τα GPS (τη βάση) και τοποθετήσουμε το άλλο σε ένα όχημα (το rover), θα έχουμε ακριβή κίνηση του οχήματος από τη βάση χωρίς διαταραχές. Επιπλέον, αυτά τα GPS εκτελούν χρόνο μέτρησης πτήσης πολύ πιο ακριβή από το απλό GPS (μετρήσεις φάσης στον φορέα).

Χάρη σε αυτές τις βελτιώσεις, θα λάβουμε εκατοστική ακρίβεια μέτρησης για την κίνηση του rover σε σχέση με τη βάση.

Αυτό το σύστημα RTK (Real Time Kinematic) επιλέξαμε να χρησιμοποιήσουμε.

Βήμα 10: RTK GPS (2/3)

Αγόρασα 2 κυκλώματα RTK GPS (φωτογραφία 1) από την εταιρεία Navspark.

Αυτά τα κυκλώματα είναι τοποθετημένα σε ένα μικρό PCB εξοπλισμένο με πείρους 2,54 mm, το οποίο επομένως τοποθετείται απευθείας στις πλάκες δοκιμής.

Καθώς το έργο βρίσκεται στα νοτιοδυτικά της Γαλλίας, επέλεξα κυκλώματα που συνεργάζονται με τους αστερισμούς των αμερικανικών δορυφόρων GPS καθώς και τον ρωσικό αστερισμό Glonass.

Είναι σημαντικό να έχετε τον μέγιστο αριθμό δορυφόρων για να επωφεληθείτε από την καλύτερη ακρίβεια. Στην περίπτωσή μου, έχω αυτή τη στιγμή μεταξύ 10 και 16 δορυφόρους.

Πρέπει επίσης να αγοράσουμε

- 2 προσαρμογείς USB, που απαιτούνται για τη σύνδεση του κυκλώματος GPS σε έναν υπολογιστή (δοκιμές και διαμόρφωση)

- 2 κεραίες GPS + 2 καλώδια προσαρμογέα

- ένα ζευγάρι πομπός-δέκτες 3DR, έτσι ώστε η βάση να μπορεί να εκδώσει τις διορθώσεις της στο rover και το rover να τις λάβει.

Βήμα 11: GPS RTK (3/3)

Η ειδοποίηση GPS που βρίσκεται στην τοποθεσία Navspark επιτρέπει στα κυκλώματα να εφαρμοστούν σταδιακά.

navspark.mybigcommerce.com/content/NS-HP-GL-User-Guide.pdf

Στην ιστοσελίδα Navspark θα βρούμε επίσης

- το λογισμικό που θα εγκατασταθεί στον υπολογιστή με Windows για την προβολή εξόδων GPS και κυκλωμάτων προγράμματος στη βάση και το rover.

- Περιγραφή της μορφής δεδομένων GPS (φράσεις NMEA)

Όλα αυτά τα έγγραφα είναι στα αγγλικά αλλά είναι σχετικά εύκολα κατανοητά. Αρχικά, η εφαρμογή γίνεται χωρίς το παραμικρό ηλεκτρονικό κύκλωμα χάρη στους προσαρμογείς USB που παρέχουν επίσης όλα τα ηλεκτρικά τροφοδοτικά.

Η εξέλιξη έχει ως εξής:

- Δοκιμή μεμονωμένων κυκλωμάτων που λειτουργούν ως απλό GPS. Η σύννεφο των γεφυρών δείχνει σταθερότητα μερικών μέτρων.

- Προγραμματισμός του ενός κυκλώματος στο ROVER και του άλλου στο BASE

- Δημιουργία συστήματος RTK συνδέοντας τις δύο μονάδες με ένα μόνο καλώδιο. Η σύννεφο των γεφυρών δείχνει μια σχετική σταθερότητα του ROVER/BASE μερικών εκατοστών!

- Αντικατάσταση του καλωδίου σύνδεσης BASE και ROVER από τους πομποδέκτες 3DR. Εδώ πάλι η λειτουργία στο RTK επιτρέπει μια σταθερότητα μερικών εκατοστών. Αλλά αυτή τη φορά το BASE και το ROVER δεν συνδέονται πλέον με φυσική σύνδεση…..

- Αντικατάσταση της απεικόνισης υπολογιστή με έναν πίνακα Arduino προγραμματισμένο να λαμβάνει δεδομένα GPS σε σειριακή είσοδο… (βλ. Παρακάτω)

Βήμα 12: ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΜΕΡΟΣ (1/2)

Το ηλεκτρικό κουτί ελέγχου

Η φωτογραφία 1 δείχνει τους κύριους πίνακες κουτιού ελέγχου που θα αναλυθούν παρακάτω.

Καλωδίωση του GPS

Η καλωδίωση βάσης και χλοοκοπτικού GPS φαίνεται στο σχήμα 2.

Αυτή η καλωδίωση επιτυγχάνεται φυσικά ακολουθώντας την πρόοδο των οδηγιών GPS (βλ. Ενότητα GPS). Σε όλες τις περιπτώσεις, υπάρχει ένας προσαρμογέας USB που σας επιτρέπει να προγραμματίσετε τα κυκλώματα είτε σε βάση είτε σε rover χάρη στο λογισμικό υπολογιστή που παρέχεται από το Navspark. Χάρη σε αυτό το πρόγραμμα, έχουμε επίσης όλες τις πληροφορίες θέσης, τον αριθμό των δορυφόρων κλπ…

Στο τμήμα χλοοκοπτικού, ο ακροδέκτης Tx1 του GPS συνδέεται με τη σειριακή είσοδο 19 (Rx1) της πλακέτας ARDUINO MEGA για να λαμβάνει τις φράσεις NMEA.

Στη βάση, η ακίδα Tx1 του GPS αποστέλλεται στην ακίδα Rx του ραδιοφώνου 3DR για αποστολή των διορθώσεων. Στο χλοοκοπτικό οι διορθώσεις που λαμβάνει το ραδιόφωνο 3DR αποστέλλονται στην ακίδα Rx2 του κυκλώματος GPS.

Σημειώνεται ότι αυτές οι διορθώσεις και η διαχείρισή τους διασφαλίζονται πλήρως από τα κυκλώματα GPS RTK. Έτσι, ο πίνακας Aduino MEGA λαμβάνει μόνο διορθωμένες τιμές θέσης.

Βήμα 13: ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΜΕΡΟΣ (2/2)

Ο πίνακας Arduino MEGA και οι ασπίδες του

- Πίνακας MEGA arduino

- Ασπίδα κινητήρα πίσω τροχού

- Ασπίδα κινητήρα μπροστινού τροχού

- Shield arte SD

Στο σχήμα 1, σημειώνεται ότι τοποθετήθηκαν βύσματα σύνδεσης μεταξύ των σανίδων έτσι ώστε η θερμότητα που διαχέεται στις σανίδες του κινητήρα να μπορεί να εξαερωθεί. Επιπλέον, αυτά τα ένθετα σάς επιτρέπουν να κόψετε ανεπιθύμητους συνδέσμους μεταξύ των καρτών, χωρίς να χρειάζεται να τις τροποποιήσετε.

Το Σχήμα 2 και το Σχήμα 3 δείχνουν πώς διαβάζονται οι θέσεις των μετατροπέων του πίνακα οργάνων και του χειριστηρίου.

Βήμα 14: ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΟΔΗΓΗΣΗΣ ARDUINO

Η πλακέτα μικροελεγκτή είναι Arduino MEGA (UNO δεν έχει αρκετή μνήμη). Το πρόγραμμα οδήγησης είναι πολύ απλό και κλασικό. Έχω αναπτύξει μια λειτουργία για κάθε βασική λειτουργία που πρέπει να εκτελεστεί (ανάγνωση ταμπλό, λήψη δεδομένων GPS, οθόνη LCD, έλεγχος προώθησης ή περιστροφής του μηχανήματος κ.λπ.). Αυτές οι συναρτήσεις στη συνέχεια χρησιμοποιούνται εύκολα στο κύριο πρόγραμμα. Η αργή ταχύτητα του μηχανήματος (3 μέτρα/ λεπτό) κάνει τα πράγματα πολύ πιο εύκολα.

Ωστόσο, η ράβδος κοπής δεν διαχειρίζεται αυτό το πρόγραμμα αλλά το πρόγραμμα του πίνακα UNO που βρίσκεται στο συγκεκριμένο κουτί.

Στο τμήμα SETUP του προγράμματος βρίσκουμε

- Χρήσιμες προετοιμασίες καρφιτσών της πλακέτας MEGA σε εισόδους ή εξόδους.

- Αρχικοποίηση οθόνης LCD

- Προετοιμασία κάρτας μνήμης SD

- Αρχικοποίηση της ταχύτητας μεταφοράς από τη σειριακή διεπαφή υλικού στο GPS.

- Αρχικοποίηση της ταχύτητας μεταφοράς από τη σειριακή διεπαφή στο IDE.

- Απενεργοποίηση κινητήρων και μπάρα κοπής

Στο τμήμα LOOP του προγράμματος βρίσκουμε στην αρχή

- Πίνακας οργάνων και χειριστήριο, ενδείξεις GPS, πυξίδας και επιταχυνσιόμετρου.

- επιλογέας 3 αγωγών, ανάλογα με την κατάσταση του επιλογέα λειτουργίας πίνακα οργάνων (εγχειρίδιο, εγγραφή, κούρεμα)

Ο βρόχος LOOP σημειώνεται από την ασύγχρονη ανάγνωση του GPS που είναι το πιο αργό βήμα. Έτσι επιστρέφουμε στην αρχή του βρόχου περίπου κάθε 3 δευτερόλεπτα.

Στην παράκαμψη κανονικής λειτουργίας, η λειτουργία κίνησης ελέγχεται σύμφωνα με το χειριστήριο και η οθόνη ενημερώνεται περίπου κάθε 3 δευτερόλεπτα (θέση, κατάσταση GPS, κατεύθυνση πυξίδας, κλίση…). Μια ώθηση στο δείκτη BP μηδενίζει τις συντεταγμένες θέσης που θα εκφραστούν σε μέτρα στο γεωγραφικό ορόσημο.

Στη διακλάδωση λειτουργίας αποθήκευσης, όλες οι θέσεις που μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια της κίνησης καταγράφονται στην κάρτα SD (περίοδος περίπου 3 δευτερολέπτων). Όταν φτάσετε σε ένα σημείο ενδιαφέροντος, το πάτημα του δείκτη αποθηκεύεται. στην κάρτα SD. Η θέση του μηχανήματος εμφανίζεται κάθε 3 δευτερόλεπτα, σε μέτρα στο γεωγραφικό ορόσημο με επίκεντρο το σημείο προέλευσης.

Στη λειτουργία κοπής: Το μηχάνημα μετακινήθηκε προηγουμένως πάνω από το σημείο αναφοράς. Όταν αλλάζετε τον επιλογέα λειτουργίας σε "κούρεμα", το πρόγραμμα παρατηρεί τις εξόδους GPS και συγκεκριμένα την τιμή της σημαίας κατάστασης. Όταν η σημαία κατάστασης αλλάξει σε "Επιδιόρθωση", το πρόγραμμα εκτελεί τη θέση μηδέν. Το πρώτο σημείο που πρέπει να φτάσετε διαβάζεται στη συνέχεια στο αρχείο κοπής της μνήμης SD. Όταν επιτευχθεί αυτό το σημείο, η στροφή του μηχανήματος γίνεται όπως υποδεικνύεται στο αρχείο κοπής, είτε γύρω από έναν τροχό, είτε γύρω από το κέντρο των δύο τροχών.

Η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να επιτευχθεί το τελευταίο σημείο (συνήθως το σημείο εκκίνησης). Σε αυτό το σημείο το πρόγραμμα σταματά το μηχάνημα και τη ράβδο κοπής.

Βήμα 15: Ο ΚΟΠΟΣ ΜΠΑΡ ΚΑΙ Η ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΟΥ

Η ράβδος κοπής αποτελείται από 4 δίσκους που περιστρέφονται με ταχύτητα 1200 σ.α.λ. Κάθε δίσκος είναι εξοπλισμένος με 3 λεπίδες κοπής. Αυτοί οι δίσκοι είναι διατεταγμένοι έτσι ώστε να δημιουργούν μια συνεχή ζώνη κοπής πλάτους 1,2 μέτρων.

Οι κινητήρες πρέπει να ελέγχονται για να περιορίζουν το ρεύμα

- κατά την εκκίνηση, λόγω της αδράνειας των δίσκων

- κατά την κοπή, λόγω αποφράξεων που προκαλούνται από πολύ χόρτο

Για το σκοπό αυτό, το ρεύμα στο κύκλωμα κάθε κινητήρα μετριέται με σπειροειδείς αντιστάσεις χαμηλής τιμής. Ο πίνακας UNO είναι ενσύρματος και προγραμματισμένος για τη μέτρηση αυτών των ρευμάτων και την αποστολή μιας εντολής PWM προσαρμοσμένης στους κινητήρες.

Έτσι, κατά την εκκίνηση, η ταχύτητα αυξάνεται σταδιακά στη μέγιστη τιμή της σε 10 δευτερόλεπτα. Σε περίπτωση απόφραξης από το γρασίδι, ο κινητήρας σταματά για 10 δευτερόλεπτα και επαναλαμβάνεται για 2 δευτερόλεπτα. Εάν το πρόβλημα επιμένει, ο κύκλος ανάπαυσης 10 δευτερολέπτων και ο κύκλος επανεκκίνησης 2 δευτερολέπτων ξεκινούν ξανά. Υπό αυτές τις συνθήκες, η θέρμανση του κινητήρα παραμένει περιορισμένη, ακόμη και σε περίπτωση μόνιμου μπλοκαρίσματος.

Οι κινητήρες ξεκινούν ή σταματούν όταν ο πίνακας UNO λάβει το σήμα από το πιλοτικό πρόγραμμα. Ωστόσο, ένας σκληρός διακόπτης επιτρέπει την αξιόπιστη απενεργοποίηση της τροφοδοσίας για την ασφαλή λειτουργία των υπηρεσιών

Βήμα 16: ΤΙ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΓΙΝΕΙ; ΤΙ ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ;

Σε επίπεδο GPS

Η βλάστηση (δέντρα) μπορεί να περιορίσει τον αριθμό των δορυφόρων ενόψει του οχήματος και να μειώσει την ακρίβεια ή να αποτρέψει το κλείδωμα του RTK. Είναι λοιπόν προς το συμφέρον μας να χρησιμοποιούμε όσο το δυνατόν περισσότερους δορυφόρους ταυτόχρονα. Θα ήταν επομένως ενδιαφέρον να συμπληρώσουμε τους αστερισμούς GPS και Glonass με τον αστερισμό Galileo.

Θα πρέπει να είναι δυνατό να επωφεληθούν από περισσότερους από 20 δορυφόρους αντί για 15 κατ 'ανώτατο όριο, γεγονός που καθιστά δυνατή την απαλλαγή από το ξεφλούδισμα από τη βλάστηση.

Οι ασπίδες Arduino RTK έχουν αρχίσει να υπάρχουν λειτουργώντας ταυτόχρονα με αυτούς τους 3 αστερισμούς:

Επιπλέον, αυτές οι ασπίδες είναι πολύ συμπαγείς (φωτ. 1) επειδή περιλαμβάνουν τόσο το κύκλωμα GPS όσο και τον πομποδέκτη στο ίδιο στήριγμα.

…. Αλλά η τιμή είναι πολύ υψηλότερη από αυτή των κυκλωμάτων που χρησιμοποιήσαμε

Χρήση LIDAR για συμπλήρωση του GPS

Δυστυχώς, στην δενδροκομία συμβαίνει ότι η κάλυψη της βλάστησης είναι πολύ σημαντική (φουντουκιά για παράδειγμα). Σε αυτήν την περίπτωση, ακόμη και με τους 3 αστερισμούς, το κλείδωμα RTK μπορεί να μην είναι δυνατό.

Είναι επομένως απαραίτητο να εισαχθεί ένας αισθητήρας που θα επέτρεπε τη διατήρηση της θέσης ακόμη και σε στιγμιαία απουσία GPS.

Μου φαίνεται (δεν είχα την εμπειρία) ότι η χρήση ενός LIDAR θα μπορούσε να εκπληρώσει αυτή τη λειτουργία. Οι κορμοί των δέντρων είναι πολύ εύκολο να εντοπιστούν σε αυτή την περίπτωση και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να παρατηρήσουν την πρόοδο του ρομπότ. Το GPS θα επανέλθει στη λειτουργία του στο τέλος της σειράς, στην έξοδο του βλάστησης.

Ένα παράδειγμα κατάλληλου τύπου LIDAR είναι το ακόλουθο (Φωτογραφία2):

www.robotshop.com/eu/fr/scanner-laser-360-…