RTK เครื่องตัดหญ้าแบบขับเคลื่อนด้วย GPS: 16 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

หุ่นยนต์ตัดหญ้ารุ่นนี้สามารถตัดหญ้าอัตโนมัติได้อย่างสมบูรณ์ในเส้นทางที่กำหนดไว้ ด้วยคำแนะนำของ RTK GPS ทำให้สนามได้รับการทำซ้ำด้วยการตัดหญ้าแต่ละครั้งด้วยความแม่นยำดีกว่า 10 เซนติเมตร

ขั้นตอนที่ 1: บทนำ

เราจะอธิบายในที่นี้ว่าหุ่นยนต์ตัดหญ้าสามารถตัดหญ้าได้โดยอัตโนมัติตามหลักสูตรที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ด้วยคำแนะนำของ RTK GPS ทำให้สามารถทำซ้ำหลักสูตรในการตัดหญ้าแต่ละครั้งด้วยความแม่นยำดีกว่า 10 เซนติเมตร (จากประสบการณ์ของฉัน) การควบคุมนี้ใช้การ์ด Aduino Mega เสริมด้วยส่วนควบคุมมอเตอร์ มาตรความเร่งและเข็มทิศ รวมถึงการ์ดหน่วยความจำ

เป็นความสำเร็จที่ไม่ใช่มืออาชีพ แต่ช่วยให้ฉันตระหนักถึงปัญหาที่พบในหุ่นยนต์เพื่อการเกษตร ระเบียบวินัยที่อายุน้อยนี้กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยได้รับแรงกระตุ้นจากกฎหมายใหม่ว่าด้วยการลดวัชพืชและยาฆ่าแมลง ตัวอย่างเช่น นี่คือลิงก์ไปยังงานแสดงสินค้าหุ่นยนต์เพื่อการเกษตรล่าสุดในตูลูส (https://www.fira-agtech.com/) บางบริษัท เช่น Naio Technologies กำลังผลิตหุ่นยนต์ปฏิบัติการอยู่แล้ว (https://www.naio-technologies.com/)

ในการเปรียบเทียบ ความสำเร็จของฉันนั้นค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัว แต่ก็ยังทำให้สามารถเข้าใจความสนใจและความท้าทายด้วยวิธีที่สนุกสนาน …. แล้วก็ได้ผลจริง! …จึงใช้ตัดหญ้ารอบบ้านได้ และรักษาเวลาว่าง…

แม้ว่าฉันจะไม่ได้อธิบายการตระหนักรู้ในรายละเอียดสุดท้าย แต่สิ่งบ่งชี้ที่ฉันให้นั้นมีค่าสำหรับคนที่ต้องการเปิดตัว อย่าลังเลที่จะถามคำถามหรือเสนอแนะ ซึ่งจะทำให้ฉันสามารถนำเสนอให้เสร็จสมบูรณ์เพื่อประโยชน์ของทุกคน

ฉันจะมีความสุขมากถ้าโครงการประเภทนี้สามารถให้คนหนุ่มสาวจำนวนมากได้ลิ้มรสวิศวกรรม…. เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับ robolution อันยิ่งใหญ่ที่รอเราอยู่….

นอกจากนี้ โครงการประเภทนี้จะเหมาะสมอย่างยิ่งกับกลุ่มคนหนุ่มสาวที่มีแรงจูงใจในคลับหรือ Fablab เพื่อฝึกการทำงานเป็นกลุ่มโครงการ โดยมีสถาปนิกซอฟต์แวร์เครื่องกล ไฟฟ้า นำโดยวิศวกรระบบ เช่นเดียวกับในอุตสาหกรรม

ขั้นตอนที่ 2: ข้อมูลจำเพาะหลัก

จุดมุ่งหมายคือการผลิตเครื่องตัดหญ้าต้นแบบที่ใช้งานได้ซึ่งสามารถตัดหญ้าได้ด้วยตนเองบนภูมิประเทศที่อาจมีความผิดปกติอย่างมีนัยสำคัญ (ทุ่งหญ้ามากกว่าสนามหญ้า)

การกักกันสนามไม่สามารถขึ้นอยู่กับสิ่งกีดขวางทางกายภาพหรือข้อจำกัดของลวดนำทางที่ฝังไว้สำหรับหุ่นยนต์ตัดหญ้า ทุ่งที่จะตัดหญ้านั้นมีความแปรปรวนและมีพื้นผิวขนาดใหญ่

สำหรับแถบตัด วัตถุประสงค์คือเพื่อรักษาความสูงของหญ้าไว้สูงระดับหนึ่งหลังจากการตัดหญ้าครั้งแรกหรือการแปรงฟันที่ได้จากวิธีการอื่น

ขั้นตอนที่ 3: การนำเสนอทั่วไป

ระบบประกอบด้วยหุ่นยนต์เคลื่อนที่และฐานคงที่

บนหุ่นยนต์เคลื่อนที่ เราพบ:

- แดชบอร์ด

- กล่องควบคุมทั่วไปรวมทั้งการ์ดหน่วยความจำ

- จอยสติ๊กแบบแมนนวล

- GPS ที่กำหนดค่าเป็น "รถแลนด์โรเวอร์" และ RTK Receiver

- 3 ล้อมอเตอร์

- มอเตอร์ลูกกลิ้งของล้อ

- แท่งตัดประกอบด้วยจานหมุน 4 ใบ โดยแต่ละใบมีใบมีดคัตเตอร์ 3 ใบที่ขอบ (ความกว้างตัด 1 เมตร)

- กล่องจัดการแถบตัด

- แบตเตอรี่

ในฐานคงที่ เราพบ GPS ที่กำหนดค่าเป็น "ฐาน" เช่นเดียวกับตัวส่งสัญญาณการแก้ไข RTK เราสังเกตว่าเสาอากาศถูกวางไว้ในระดับความสูงเพื่อให้แผ่รังสีไปสองสามร้อยเมตรรอบบ้าน

นอกจากนี้ เสาอากาศ GPS ยังสามารถมองเห็นได้ทั่วทั้งท้องฟ้าโดยไม่มีสิ่งปลูกสร้างหรือพืชพรรณมาบดบัง

โหมด Rover และฐาน GPS จะอธิบายและอธิบายในส่วน GPS

ขั้นตอนที่ 4: คำแนะนำในการใช้งาน (1/4)

ฉันเสนอให้ทำความคุ้นเคยกับหุ่นยนต์ผ่านคู่มือซึ่งทำให้ฟังก์ชันทั้งหมดปรากฏได้ดี

คำอธิบายของแดชบอร์ด:

- สวิตช์ทั่วไป

- ตัวเลือก 3 ตำแหน่งแรกช่วยให้สามารถเลือกโหมดการทำงาน: โหมดเดินทางด้วยตนเอง โหมดบันทึกแทร็ก โหมดตัดหญ้า

- ปุ่มกดใช้เป็นเครื่องหมาย เราจะเห็นการใช้งาน

- ใช้ตัวเลือก 3 ตำแหน่งอีก 2 ตัวเพื่อเลือกหมายเลขไฟล์จาก 9 ดังนั้นเราจึงมีไฟล์ตัดหญ้า 9 ไฟล์หรือบันทึกการเดินทางสำหรับ 9 ฟิลด์ที่แตกต่างกัน

- ตัวเลือก 3 ตำแหน่งมีไว้สำหรับการควบคุมก้านตัดโดยเฉพาะ ตำแหน่ง OFF, ตำแหน่ง ON, ตำแหน่งควบคุมที่ตั้งโปรแกรมไว้

- จอแสดงผลสองบรรทัด

- ตัวเลือก 3 ตำแหน่งเพื่อกำหนดจอแสดงผล 3 แบบที่แตกต่างกัน

- ไฟ LED แสดงสถานะของ GPS ไฟ LED ดับ ไม่มี GPS ไฟ LED กะพริบช้าๆ GPS โดยไม่มีการแก้ไข RTK LED กะพริบเร็ว ได้รับการแก้ไข RTK ไฟ LED ติดสว่าง ล็อค GPS ด้วยความแม่นยำสูงสุด

สุดท้าย จอยสติ๊กมีตัวเลือก 3 ตำแหน่งสองตัว ซ้ายควบคุมล้อซ้าย ขวาควบคุมล้อขวา.

ขั้นตอนที่ 5: คำแนะนำในการใช้งาน (2/4)

โหมดการทำงานด้วยตนเอง (ไม่จำเป็นต้องใช้ GPS)

หลังจากเปิดเครื่องและเลือกโหมดนี้ด้วยปุ่มเลือกโหมดแล้ว เครื่องจะถูกควบคุมด้วยจอยสติ๊ก

ตัวเลือก 3 ตำแหน่ง 2 ตำแหน่งมีสปริงดึงกลับซึ่งจะคืนตำแหน่งตรงกลางเสมอ ซึ่งสอดคล้องกับการหยุดของล้อ

เมื่อคันโยกซ้ายและขวาถูกผลักไปข้างหน้า ล้อหลังทั้งสองจะหมุนและเครื่องจักรจะวิ่งตรงไป

เมื่อคุณดึงคันโยกทั้งสองกลับคืน เครื่องจะถอยกลับทันที

เมื่อดันคันโยกไปข้างหน้า เครื่องจะหมุนรอบล้อที่อยู่นิ่ง

เมื่อคันโยกข้างหนึ่งถูกผลักไปข้างหน้าและอีกข้างหนึ่งไปข้างหลัง เครื่องจะหมุนรอบตัวเองที่จุดกึ่งกลางของเพลาที่เชื่อมกับล้อหลัง

การใช้มอเตอร์ของล้อหน้าจะปรับโดยอัตโนมัติตามตัวควบคุมสองตัวที่วางอยู่บนล้อหลังทั้งสอง

สุดท้าย ในโหมดแมนนวล ยังสามารถตัดหญ้าได้ เพื่อจุดประสงค์นี้ หลังจากที่ตรวจสอบว่าไม่มีใครอยู่ใกล้จานตัด เราจึงใส่กล่องจัดการของด้ามมีด (สวิตช์ "แข็ง" เพื่อความปลอดภัย) จากนั้นจึงวางตัวเลือกการตัดแผงหน้าปัดไว้ที่ ON ในขณะนี้ ก้านตัด 4 แผ่นกำลังหมุนอยู่.

ขั้นตอนที่ 6: คำแนะนำการใช้งาน (3/4)

โหมดบันทึกการติดตาม (ต้องใช้ GPS)

- ก่อนเริ่มบันทึกการวิ่ง จุดอ้างอิงตามอำเภอใจสำหรับสนามจะถูกกำหนดและทำเครื่องหมายด้วยเงินเดิมพันเล็กน้อย จุดนี้จะเป็นจุดกำเนิดของพิกัดในกรอบภูมิศาสตร์ (ภาพถ่าย)

- จากนั้นเราเลือกหมายเลขไฟล์ที่จะบันทึกการเดินทางด้วยตัวเลือกสองตัวบนแดชบอร์ด

- ตั้งฐาน ON ไว้

- ตรวจสอบว่า LED แสดงสถานะ GPS เริ่มกะพริบอย่างรวดเร็ว

- ออกจากโหมดแมนนวลโดยวางตัวเลือกโหมดแผงหน้าปัดไว้ที่ตำแหน่งบันทึก

- จากนั้นเครื่องจะถูกย้ายไปยังตำแหน่งจุดอ้างอิงด้วยตนเอง แม่นแล้วคือเสาอากาศ GPS ที่ต้องอยู่เหนือจุดสังเกตนี้ เสาอากาศ GPS นี้ตั้งอยู่เหนือจุดกึ่งกลางระหว่างล้อหลังสองล้อและเป็นจุดหมุนของเครื่องด้วยตัวมันเอง

- รอจนกว่าไฟ LED แสดงสถานะ GPS จะสว่างขึ้นโดยไม่กะพริบ สิ่งนี้บ่งชี้ว่า GPS มีความแม่นยำสูงสุด ("แก้ไข" GPS)

- ตำแหน่ง 0.0 เดิมถูกทำเครื่องหมายโดยการกดเครื่องหมายบนแดชบอร์ด

- จากนั้นเราย้ายไปยังจุดต่อไปที่เราต้องการทำแผนที่ ทันทีที่ไปถึง เราจะส่งสัญญาณโดยใช้เครื่องหมาย

- เพื่อยุติการบันทึก เราจะเปลี่ยนกลับเป็นโหมดแมนนวล

ขั้นตอนที่ 7: คำแนะนำการใช้งาน (4/4)

โหมดการตัดหญ้า (ต้องใช้ GPS)

ขั้นแรก คุณต้องเตรียมไฟล์คะแนนที่เครื่องต้องผ่านเพื่อที่จะตัดหญ้าทั้งสนามโดยไม่ทิ้งพื้นผิวที่ไม่ได้เจียระไนไว้ ในการทำเช่นนี้ เราได้ไฟล์ที่บันทึกไว้ในการ์ดหน่วยความจำ และจากพิกัดเหล่านี้ เช่น Excel เราสร้างรายการจุดต่างๆ ตามรูปภาพ สำหรับแต่ละจุดที่จะไปถึง เราระบุว่าแท่งตัดเปิดหรือปิดอยู่ เนื่องจากเป็นแท่งตัดที่ใช้พลังงานมากที่สุด (จาก 50 ถึง 100 วัตต์ขึ้นอยู่กับหญ้า) จึงจำเป็นต้องระมัดระวังในการปิดแท่งตัดเมื่อข้ามทุ่งที่ตัดแล้วเป็นต้น

เมื่อมีการสร้างแผงตัดหญ้า เมมโมรี่การ์ดจะใส่กลับเข้าไปที่ส่วนป้องกันในลิ้นชักควบคุม

ที่เหลือก็แค่วางบนฐานแล้วไปที่ทุ่งตัดหญ้า เหนือจุดสังเกตอ้างอิง จากนั้นตัวเลือกโหมดจะถูกตั้งค่าเป็น "Mow"

ณ จุดนี้เครื่องจะรอด้วยตัวเองสำหรับการล็อก GPS RTK ใน "แก้ไข" เพื่อให้พิกัดเป็นศูนย์และเริ่มตัดหญ้า

เมื่อตัดหญ้าเสร็จก็จะกลับมาที่จุดเริ่มต้นโดยลำพังด้วยความแม่นยำประมาณสิบเซนติเมตร

ในระหว่างการตัดหญ้า เครื่องจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงระหว่างจุดสองจุดที่ต่อเนื่องกัน ความกว้างในการตัด 1.1 เมตร เนื่องจากตัวเครื่องมีความกว้างระหว่างล้อ 1 เมตร และสามารถหมุนรอบล้อได้ (ดูวิดีโอ) สามารถทำแถบตัดหญ้าที่อยู่ติดกันได้ นี้มีประสิทธิภาพมาก !

ขั้นตอนที่ 8: ส่วนเครื่องกล

โครงสร้างของหุ่นยนต์

หุ่นยนต์ถูกสร้างขึ้นรอบโครงสร้างตาข่ายของท่ออลูมิเนียม ซึ่งทำให้มีความแข็งที่ดี ขนาดยาวประมาณ 1.20 เมตร กว้าง 1 เมตร สูง 80 ซม.

ล้อ

มันสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยล้อจักรยานเด็ก 3 ล้อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 นิ้ว: ล้อหลังสองล้อและล้อหน้าคล้ายกับล้อรถเข็นซุปเปอร์มาร์เก็ต (ภาพที่ 1 และ 2) การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของล้อหลังทั้งสองช่วยให้วางแนวได้

มอเตอร์ลูกกลิ้ง

เนื่องจากความผิดปกติในสนาม จึงจำเป็นต้องมีอัตราส่วนแรงบิดขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงต้องมีอัตราส่วนการลดลงที่มาก เพื่อจุดประสงค์นี้ ฉันใช้หลักการของการกดลูกกลิ้งบนล้อ เช่นเดียวกับโซเล็กซ์ (ภาพที่ 3 และ 4) การลดขนาดลงอย่างมากทำให้สามารถรักษาเครื่องให้มั่นคงในทางลาดได้ แม้จะตัดกำลังของเครื่องยนต์ ในทางกลับกัน เครื่องเดินช้า (3 เมตร/นาที)…แต่หญ้าก็โตช้าเช่นกัน….

สำหรับการออกแบบเชิงกลไก ฉันใช้ซอฟต์แวร์วาดภาพแบบ OpenScad (ซอฟต์แวร์สคริปต์ที่มีประสิทธิภาพมาก) ควบคู่ไปกับแผนรายละเอียดฉันใช้การวาดจาก Openoffice

ขั้นตอนที่ 9: RTK GPS (1/3)

GPS อย่างง่าย

GPS ธรรมดา (ภาพที่ 1) หนึ่งในรถของเรามีความแม่นยำเพียงไม่กี่เมตร หากเราบันทึกตำแหน่งที่ระบุโดย GPS ดังกล่าวซึ่งได้รับการแก้ไขเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง เราจะสังเกตความผันผวนหลายเมตร ความผันผวนเหล่านี้เกิดจากการรบกวนในชั้นบรรยากาศและบรรยากาศรอบนอกโลก แต่ยังรวมถึงข้อผิดพลาดในนาฬิกาของดาวเทียมและข้อผิดพลาดในตัว GPS ด้วย จึงไม่เหมาะกับการใช้งานของเรา

RTK GPS

เพื่อปรับปรุงความแม่นยำนี้ มีการใช้ Gps สองตัวในระยะทางน้อยกว่า 10 กม. (ภาพที่ 2) ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ เราสามารถพิจารณาได้ว่าการรบกวนของบรรยากาศและไอโอสเฟียร์นั้นเหมือนกันใน GPS แต่ละตัว ดังนั้นความแตกต่างในตำแหน่งระหว่าง GPS ทั้งสองจึงไม่ถูกรบกวนอีกต่อไป (ส่วนต่าง) หากตอนนี้เราติด GPS ตัวใดตัวหนึ่ง (ฐาน) และวางอีกตัวหนึ่งไว้บนยานพาหนะ (รถแลนด์โรเวอร์) เราจะได้การเคลื่อนที่ของรถอย่างแม่นยำจากฐานโดยไม่มีการรบกวน นอกจากนี้ GPS เหล่านี้ยังทำการวัดเวลาการบินได้แม่นยำมากกว่า GPS ธรรมดา (การวัดเฟสบนตัวพาหะ)

ด้วยการปรับปรุงเหล่านี้ เราจะได้รับความแม่นยำในการวัดเป็นเซนติเมตรสำหรับการเคลื่อนที่ของรถแลนด์โรเวอร์ที่สัมพันธ์กับฐาน

เป็นระบบ RTK (Real Time Kinematic) ที่เราเลือกใช้

ขั้นตอนที่ 10: RTK GPS (2/3)

ฉันซื้อวงจร RTK GPS จำนวน 2 วงจร (ภาพที่ 1) จากบริษัท Navspark

วงจรเหล่านี้ติดตั้งบน PCB ขนาดเล็กที่มีพินพิทช์ 2.54 มม. ซึ่งติดตั้งบนเพลตทดสอบโดยตรง

เนื่องจากโครงการนี้ตั้งอยู่ทางตะวันตกเฉียงใต้ของฝรั่งเศส ฉันจึงเลือกวงจรที่ทำงานร่วมกับกลุ่มดาวดาวเทียม GPS ของอเมริกาและกลุ่มดาว Glonass ของรัสเซีย

สิ่งสำคัญคือต้องมีจำนวนดาวเทียมสูงสุดเพื่อให้ได้ประโยชน์จากความแม่นยำสูงสุด ในกรณีของฉัน ปัจจุบันฉันมีดาวเทียมระหว่าง 10 ถึง 16 ดวง

เราก็ยังต้องซื้อ

- อะแดปเตอร์ USB 2 ตัวที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อวงจร GPS กับพีซี (การทดสอบและการกำหนดค่า)

- เสาอากาศ GPS 2 อัน + สายอะแดปเตอร์ 2 เส้น

- เครื่องรับส่งสัญญาณ 3DR คู่หนึ่งเพื่อให้ฐานสามารถแก้ไขให้รถแลนด์โรเวอร์และรถแลนด์โรเวอร์รับได้

ขั้นตอนที่ 11: RTK GPS (3/3)

ประกาศ GPS ที่พบในไซต์ Navspark ช่วยให้วงจรถูกนำไปใช้อย่างค่อยเป็นค่อยไป

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

ในเว็บไซต์ Navspark เราจะพบ

- ซอฟต์แวร์ที่จะติดตั้งบนพีซีที่ใช้ Windows เพื่อดูเอาต์พุต GPS และวงจรโปรแกรมในฐานและโรเวอร์

- คำอธิบายรูปแบบข้อมูล GPS (วลี NMEA)

เอกสารทั้งหมดเหล่านี้เป็นภาษาอังกฤษแต่ค่อนข้างเข้าใจง่าย ในขั้นต้น การใช้งานทำได้โดยไม่ต้องใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์เพียงเล็กน้อย ต้องขอบคุณอะแดปเตอร์ USB ที่ให้แหล่งจ่ายไฟทั้งหมดด้วย

ความคืบหน้ามีดังนี้:

- การทดสอบแต่ละวงจรที่ทำหน้าที่เป็น GPS อย่างง่าย มุมมองเมฆของสะพานแสดงความเสถียรไม่กี่เมตร

- การเขียนโปรแกรมหนึ่งวงจรใน ROVER และอีกวงจรใน BASE

- สร้างระบบ RTK โดยเชื่อมต่อทั้งสองโมดูลด้วยสายเส้นเดียว มุมมองเมฆของสะพานแสดงความเสถียรสัมพัทธ์ของ ROVER/BASE ไม่กี่เซนติเมตร!

- เปลี่ยนสายเชื่อมต่อ BASE และ ROVER ด้วยตัวรับส่งสัญญาณ 3DR ที่นี่อีกครั้งการดำเนินการใน RTK ช่วยให้มีเสถียรภาพไม่กี่เซนติเมตร แต่คราวนี้ BASE และ ROVER ไม่ได้เชื่อมต่อกันด้วยลิงก์ทางกายภาพอีกต่อไป…..

- การแทนที่การแสดงภาพข้อมูลบนพีซีด้วยบอร์ด Arduino ที่ตั้งโปรแกรมให้รับข้อมูล GPS บนอินพุตแบบอนุกรม… (ดูด้านล่าง)

ขั้นตอนที่ 12: ชิ้นส่วนไฟฟ้า (1/2)

กล่องควบคุมไฟฟ้า

ภาพที่ 1 แสดงแผงกล่องควบคุมหลักซึ่งจะมีรายละเอียดด้านล่าง

การเดินสายไฟของ GPS

การเดินสาย GPS ฐานและเครื่องตัดหญ้าแสดงในรูปที่ 2

การเดินสายนี้ทำได้โดยธรรมชาติโดยการปฏิบัติตามคำแนะนำ GPS (ดูส่วน GPS) ในทุกกรณี มีอะแดปเตอร์ USB ที่ให้คุณตั้งโปรแกรมวงจรได้ทั้งแบบฐานหรือแบบโรเวอร์ด้วยซอฟต์แวร์ PC ที่ Navspark จัดหาให้ ขอบคุณโปรแกรมนี้ เรายังมีข้อมูลตำแหน่ง จำนวนดาวเทียม ฯลฯ…

ในส่วนเครื่องตัดหญ้า หมุด Tx1 ของ GPS เชื่อมต่อกับอินพุตอนุกรม 19 (Rx1) ของบอร์ด ARDUINO MEGA เพื่อรับวลี NMEA

ในฐาน พิน Tx1 ของ GPS จะถูกส่งไปยังพิน Rx ของวิทยุ 3DR เพื่อส่งการแก้ไข ในเครื่องตัดหญ้า การแก้ไขที่ได้รับจากวิทยุ 3DR จะถูกส่งไปยังพิน Rx2 ของวงจร GPS

มีข้อสังเกตว่าการแก้ไขเหล่านี้และการจัดการได้รับการประกันอย่างเต็มที่โดยวงจร GPS RTK ดังนั้น บอร์ด Aduino MEGA จะได้รับเฉพาะค่าตำแหน่งที่แก้ไขเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 13: ชิ้นส่วนไฟฟ้า (2/2)

บอร์ด Arduino MEGA และตัวป้องกัน

- บอร์ด MEGA Arduino

- ชิลด์มอเตอร์ล้อหลัง

- ชิลด์มอเตอร์ล้อหน้า

- ชิลด์อาร์เต้ SD

ในรูปที่ 1 สังเกตว่าตัวเชื่อมต่อปลั๊กอินถูกวางไว้ระหว่างแผงเพื่อให้ความร้อนที่กระจายไปในแผงเครื่องยนต์สามารถระบายออกได้ นอกจากนี้ เม็ดมีดเหล่านี้ยังช่วยให้คุณตัดลิงก์ที่ไม่ต้องการระหว่างการ์ดได้โดยไม่ต้องดัดแปลง

รูปที่ 2 และรูปที่ 3 แสดงวิธีการอ่านตำแหน่งของอินเวอร์เตอร์แผงหน้าปัดและจอยสติ๊ก

ขั้นตอนที่ 14: โปรแกรมการขับขี่ ARDUINO

บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์คือ Arduino MEGA (UNO หน่วยความจำไม่เพียงพอ) โปรแกรมการขับขี่นั้นเรียบง่ายและคลาสสิคมาก ฉันได้พัฒนาฟังก์ชันสำหรับการทำงานพื้นฐานแต่ละอย่างที่ต้องดำเนินการ (การอ่านแดชบอร์ด การเก็บข้อมูล GPS จอ LCD การเลื่อนเครื่องจักรหรือการควบคุมการหมุน ฯลฯ…) ฟังก์ชันเหล่านี้ใช้งานได้ง่ายในโปรแกรมหลัก ความเร็วช้าของเครื่อง (3 เมตร/นาที) ทำให้ทุกอย่างง่ายขึ้นมาก

อย่างไรก็ตาม คานตัดไม่ได้ถูกจัดการโดยโปรแกรมนี้ แต่เป็นโปรแกรมของบอร์ด UNO ที่อยู่ในกล่องเฉพาะ

ในส่วนการตั้งค่าของโปรแกรมเราพบ

- การเริ่มต้นพินที่มีประโยชน์ของบอร์ด MEGA ในอินพุตหรือเอาต์พุต

- การเริ่มต้นการแสดงผล LCD

- การเริ่มต้นการ์ดหน่วยความจำ SD

- การเริ่มต้นของความเร็วในการถ่ายโอนจากอินเทอร์เฟซแบบอนุกรมของฮาร์ดแวร์ไปยัง GPS

- การเริ่มต้นของความเร็วในการถ่ายโอนจากอินเทอร์เฟซแบบอนุกรมไปยัง IDE

- ดับเครื่องยนต์และคานตัด

ในส่วนของ LOOP ของโปรแกรม เราจะพบที่จุดเริ่มต้น

- แผงหน้าปัดและจอยสติ๊ก, GPS, เข็มทิศและการอ่านค่าความเร่ง;

- ตัวเลือก 3-lead ขึ้นอยู่กับสถานะของตัวเลือกโหมดแผงหน้าปัด (แบบแมนนวล, การบันทึก, การตัดหญ้า)

LOOP loop ถูกคั่นด้วยการอ่าน GPS แบบอะซิงโครนัสซึ่งเป็นขั้นตอนที่ช้าที่สุด ดังนั้นเราจึงกลับไปที่จุดเริ่มต้นของลูปทุกๆ 3 วินาที

ในโหมดบายพาสปกติ ฟังก์ชันการเคลื่อนไหวจะถูกควบคุมตามจอยสติ๊กและจอแสดงผลจะอัปเดตทุกๆ 3 วินาทีโดยประมาณ (ตำแหน่ง สถานะ GPS ทิศทางเข็มทิศ เอียง…) การกดที่เครื่องหมาย BP จะทำให้พิกัดตำแหน่งเป็นศูนย์ซึ่งจะแสดงเป็นเมตรในจุดสังเกตทางภูมิศาสตร์

ในการแบ่งโหมดบันทึก ตำแหน่งทั้งหมดที่วัดระหว่างการเคลื่อนย้ายจะถูกบันทึกลงในการ์ด SD (ระยะเวลาประมาณ 3 วินาที) เมื่อถึงจุดที่น่าสนใจ การกดเครื่องหมายจะถูกบันทึก ในการ์ด SD ตำแหน่งของเครื่องจะแสดงทุกๆ 3 วินาที ในหน่วยเมตรในจุดสังเกตทางภูมิศาสตร์ซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่จุดเริ่มต้น

ในการแบ่งโหมดการตัดหญ้า: ก่อนหน้านี้เครื่องถูกย้ายเหนือจุดอ้างอิง เมื่อเปลี่ยนตัวเลือกโหมดเป็น "การตัดหญ้า" โปรแกรมจะสังเกตเอาต์พุต GPS และโดยเฉพาะอย่างยิ่งค่าสถานะแฟล็ก เมื่อสถานะสถานะเปลี่ยนเป็น "แก้ไข" โปรแกรมจะดำเนินการตำแหน่งศูนย์ จากนั้นจะอ่านจุดแรกที่เข้าถึงได้ในไฟล์ตัดหญ้าของหน่วยความจำ SD เมื่อถึงจุดนี้ การหมุนเครื่องจะเสร็จสิ้นตามที่ระบุไว้ในไฟล์ตัดหญ้า ไม่ว่าจะเป็นรอบล้อหรือรอบศูนย์กลางของล้อทั้งสอง

กระบวนการจะทำซ้ำจนกระทั่งถึงจุดสุดท้าย (โดยปกติคือจุดเริ่มต้น) ณ จุดนี้โปรแกรมจะหยุดเครื่องและแถบตัด

ขั้นตอนที่ 15: แถบตัดและการจัดการ

แท่นตัดประกอบด้วยจาน 4 แผ่นหมุนที่ความเร็ว 1200 รอบต่อนาที แต่ละแผ่นมีใบมีดคัตเตอร์ 3 ใบ แผ่นดิสก์เหล่านี้ถูกจัดเรียงเพื่อให้เป็นแถบตัดต่อเนื่องกว้าง 1.2 เมตร

ต้องควบคุมเครื่องยนต์เพื่อจำกัดกระแส

- เมื่อสตาร์ทเครื่องเนื่องจากความเฉื่อยของแผ่นดิสก์

- ระหว่างการตัดเนื่องจากการอุดตันที่เกิดจากหญ้ามากเกินไป

เพื่อจุดประสงค์นี้ กระแสในวงจรของมอเตอร์แต่ละตัวจะถูกวัดโดยตัวต้านทานแบบขดลวดค่าต่ำ บอร์ด UNO มีสายและตั้งโปรแกรมเพื่อวัดกระแสเหล่านี้ และส่งคำสั่ง PWM ที่ปรับให้เข้ากับมอเตอร์

ดังนั้นเมื่อสตาร์ทเครื่อง ความเร็วจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเป็นค่าสูงสุดภายใน 10 วินาที ในกรณีที่หญ้าอุดตัน เครื่องยนต์จะหยุดเป็นเวลา 10 วินาทีและลองอีกครั้งเป็นเวลา 2 วินาที หากปัญหายังคงอยู่ รอบการพัก 10 วินาทีและรอบการรีสตาร์ท 2 วินาทีจะเริ่มต้นอีกครั้ง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ การทำความร้อนของเครื่องยนต์ยังคงมีจำกัด แม้ในกรณีที่มีการอุดตันอย่างถาวร

เครื่องยนต์สตาร์ทหรือดับเมื่อบอร์ด UNO รับสัญญาณจากโครงการนำร่อง อย่างไรก็ตาม ฮาร์ดสวิตช์ช่วยให้ปิดเครื่องได้อย่างน่าเชื่อถือเพื่อความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน

ขั้นตอนที่ 16: สิ่งที่ควรทำ ? การปรับปรุงอะไร?

ที่ระดับ GPS

พืชพรรณ (ต้นไม้) สามารถจำกัดจำนวนดาวเทียมในมุมมองของรถ และลดความแม่นยำหรือป้องกันการล็อก RTK ดังนั้นเราจึงสนใจที่จะใช้ดาวเทียมให้ได้มากที่สุดในเวลาเดียวกัน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะทำให้กลุ่มดาว GPS และ Glonass สมบูรณ์ด้วยกลุ่มดาวกาลิเลโอ

มันควรจะเป็นไปได้ที่จะได้รับประโยชน์จากดาวเทียมมากกว่า 20 ดวงแทนที่จะเป็นสูงสุด 15 ดวง ซึ่งทำให้สามารถกำจัด skimming โดยพืชผัก

Arduino RTK shields เริ่มทำงานพร้อมกันกับ 3 กลุ่มดาวเหล่านี้:

ยิ่งไปกว่านั้น ชิลด์เหล่านี้มีขนาดเล็กมาก (ภาพที่ 1) เนื่องจากมีทั้งวงจร GPS และตัวรับส่งสัญญาณในการสนับสนุนเดียวกัน

…. แต่ราคาสูงกว่าวงจรที่เราใช้มาก

การใช้ LIDAR เพื่อเสริม GPS

น่าเสียดายที่การปลูกพืชสวนนั้นมีความสำคัญมาก (เช่น ทุ่งเฮเซล) ในกรณีนี้ แม้จะล็อก RTK กับกลุ่มดาวทั้ง 3 กลุ่มไม่ได้ก็ตาม

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องแนะนำเซ็นเซอร์ที่จะช่วยให้สามารถรักษาตำแหน่งไว้ได้แม้ในกรณีที่ไม่มี GPS อยู่ชั่วขณะ

สำหรับฉันแล้ว (ฉันไม่เคยมีประสบการณ์) ว่าการใช้ LIDAR สามารถทำหน้าที่นี้ได้สำเร็จ ในกรณีนี้ลำต้นของต้นไม้จะมองเห็นได้ง่ายมาก และสามารถใช้เพื่อสังเกตความคืบหน้าของหุ่นยนต์ได้ GPS จะกลับมาทำงานต่อเมื่อสิ้นสุดแถว ที่ทางออกของที่คลุมพืชพรรณ

ตัวอย่างของ LIDAR ที่เหมาะสมมีดังนี้ (ภาพที่ 2):

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