Мои впечатления от Ardumower

Красивый газон требует постоянного ухода — полива и стрижки. Очевидно, что постоянную нагрузку по этим процедурам — лучше передать роботам. В этой статье я расскажу о своих впечатлениях от робота проекта Ardumower.

image

Надо сказать, что из наборов для самостоятельной сборки (с возможностью потом «ковыряться» в софте) — сейчас доступен фактически только этот самый ardumower. Идея взять готовый робот и потом хакать его — была отвергнута по понятным причинам. А опыт для самостоятельного конструирования такого девайса «с нуля» — отсутствовал полностью, так что выбора особого не было.

Набор представляет собой шасси из прочного толстого пластика в виде коробки с толстыми алюминиевыми профилями, скрепляющими стенки между собой. Два 25-сантиметровых колеса, выполненных из того же пластика, приводятся во вращение двумя коллекторными моторами с понижающими редукторами (до 20-30 оборотов в минуту при номинальном напряжении), что накладывает определенные ограничения на размер колес — они не могут быть слишком маленькими, иначе скорость езды будет слишком низкой. Сзади привинчено колесо, аналогичное тем, что используется на подвижной мебели, свободно вращающееся вокруг вертикальной оси.

Стригущий мотор представляет из себя здоровый цилиндр коллекторного мотора весом более полукилограмма (причем его мощность, фактически, не превышает 50 ватт), без редуктора, с номинальной скоростью вращения 3000-4000 RPM. На его оси закреплен, все из того же пластика, диск диаметром 190 миллиметров, на котором крепятся три маленьких ножа, откидывающихся под действием центробежной силы. Из-за малой мощности мотора и откидывающихся ножей — косить оно может только уже подстриженный газон, на заросшем участке — диск просто будет тормозиться о ковер травы и ножи ничего не скосят. Впрочем, для поддержания газона в хорошем виде, при постоянной автоматической работе — этого хватает.

Конструкция выглядит довольно простой и надежной, хотя и имеет недостатки. Например, верхняя крышка коробки корпуса, к которой крепится заднее колесо, под действием жары и нагрузки — деформируется, приобретая небольшой перманентный прогиб. Какая-либо возможность вентиляции, из-за полностью закрытой коробки — отсутствует, что при высокой окружающей температуре и черной окраске (вариант из белого пластика на сайте не был доступен, к сожалению) иногда создает проблемы электронике. Впрочем, места внутри хватает и можно установить внутри корпуса какой-нибудь вентилятор, что обеспечит минимально необходимый обдув компонентов. Колеса без протекторов — банально портят газон (на ходовые — пришлось привинтить 10-дюймовые колеса от тележки).

Крепления для датчиков практически отсутствуют (кроме дырок под сонары HC-SR04), даже для такого важного, как датчик проводного периметра, что приводит к необходимости самостоятельно выбирать места и сверлить корпус, а также крепить датчики на обычный двусторонний скотч. Для такого неопытного в данной области человека, как я — это оборачивается неизбежными ошибками при сборке. Например, я закрепил усилитель датчика периметра прямо на переднем бампере, без хорошей изоляции от внешних условий, что привело к окислению контактов — пришлось потом его заменять и разносить приемную катушку с усилителем, соединяя их экранированным проводом). Пластину датчика дождя стоило бы закрепить под углом, чтобы предотвратить скапливание воды на ней и окисление его контактов. Ну и так далее…

В плане электроники — также имеется определенные проблемы. Самая серьезная — неопытному человеку трудно понять какие собственно датчики ему нужны для заказа. Я бы порекомендовал следующий набор — датчик bumper, два или три сонара, акселерометр/компас GY-80 (другой может не поддерживаться софтом!), любой GPS, датчик дождя, ну, конечно, датчик периметра (дроссель 150 мкГн и усилитель на LM386).

Если сборка платы (использовалась доступная на тот момент версия платы 1.2, хотя сейчас уже предлагается более продвинутая 1.3) не слишком сложна (нужно паять и паять...), то сама ее схема имеет серьезные ограничения — например, ширина силовых проводников недостаточна для больших токов зарядки (сама схема зарядки не очень оптимальна и представляет из себя линейный стабилизатор тока/напряжения на LM350T), что создает проблемы для установки более емких аккумуляторов или при использовании 12-вольтовых вместо 24-вольтовых компонентов (при котором ток заряда повышается в два раза). На плате v1.2 без множества несложных, но геморройных модификаций (резать проводники, ставить резисторные делители) — можно использовать только 5-вольтовую arduino mega 2560 (зато на v1.3 обещают уже трансляторы уровней 5<->3.3 для использования более продвинутой arduino due).

Дешевые сонары HC-SR04 быстро забиваются пылью, да еще и постоянно вызывают ложные срабатывания из-за шума моторов (последнее, впрочем, достаточно легко купируется поролоновыми прокладками позади них).

Конструктор датчика bumper-а (датчики давления воздуха в пластиковых трубках, которые сминаются при столкновении с препятствием) — вообще выглядит как анекдот со смесью компонентов SMD/SMT и обычных, с выводами (причем, первые уже распаяны на плате, а вторые — предлагается припаять самому).

Зарядную станцию вообще предлагается полностью самому собрать, как механику, так и электронику (на сайте можно заказать некоторые ее компоненты — arduino nano, драйвер мотора, который используется как передатчик), что также вызвало много разных проблем.

Софт для ardumower — откровенно сырой, хотя и постоянно развивается (использовалась ветка от 26 апреля). Причем имеется два варианта — просто ardumower и ardumower-sunray (только для arduino due с внешним компьютером). Я испытывал только первый вариант и нашел в нем множество недостатков — полное отсутствие навигации по GPS (он используется только для оценки скорости робота), слишком упрощенные и постоянно ошибающиеся алгоритмы разворота у периметра (кончающиеся выездом за этот самый периметр и остановкой), множество мелких недоработок (например, подключив бистабильное реле для отключения батареи для защиты от переразряда — обнаружил, что это реле срабатывает не совсем тогда когда нужно, отключая весь робот в неподходящие моменты).

Не буду описывать мои многонедельные мучения с этим софтом, дам только ссылку на мои модификации (экстренный возврат по GPS при невозможности вернуться в его пределы при помощи стандартных процедур, поиск периметра по уровню сигнала, возврат к точке старта по GPS при разряде для экономии времени и тому подобное): GitHub

В заключении должен сказать, что несмотря на множество недостатков — проект ardumower весьма интересен и дает немало интересных впечатлений для всех желающих приобщиться к домашней робототехнике. Сейчас в планах — создание полностью собственного косильщика, на основе полученного опыта, с более мощными моторами (косящий мотор, например, заменю на бесколлекторный outrunner с высоким крутящим моментом, который хотя и потребляет больше, но зато уверенно состригает практически любую траву), дополнительными возможностями, типа регулировки уровня стрижки и даже солнечной батареей (по предварительным оценкам, сэкономит до 30-50% от требуемой энергии). Ну и, конечно, самое главное — полное переписывание софта для робота. Планирую также полностью отказаться от проводного периметра, используя навигацию по RTK GPS (с помощью rtklib) или радио/оптическим меткам.

Комментарии 12

    +1
    25 см колесо — это хорошо. Но посмотрев на их сайте я что-то не понял — дорожный просвет будет всё равно мал? Какой у Вас клиренс, если робота поставить на ровную поверхность? И ещё вопрос, робот двухколёсный — как решается вопрос с дифференциалом — программно? Потому что если моторы будут иметь сильный разброс параметров, то роботу прямо ездить будет крайне проблематично, особенно это будет заметно при разряде аккумуляторов.

    Я как-то по просьбе ребят (интересно им было оценить сферу робототехники) делал робота нечто типа Mini Ardumower (только з/ч заказывались с али и не по таким конским ценам как в магазине Ardumower). Потом мне даже интересно стало и после следующей неудачной сделать четырёхколёсную платформу из того же самого и палок, что и Mini Ardumower была попытка сделать более-менее серьёзную платформу.
      +1
      90 миллиметров клиренс на ровной поверхности (из-за упомянутого прогиба крышки — в задней части он уменьшается на сантиметр где-то). Езда по прямой либо никак не решается (при режиме random), либо с помощью датчика компаса/акселерометра и PID-регурлятором в программе.

      Я новую платформу буду делать тоже четырехколесной, два колеса часто пробуксовывают на сложных местах (типа мокрого склона или заезда на дно станции, например). Подумываю даже об отказе от редукторов в пользу мощных шаговых моторов, но тут нужны тесты предварительные, не очень ясно какой крутящий момент нужен.
      0
      В принципе, как базовая механическая платформа решение, наверное, было бы интересным. Одной из основных задач для тех, кто связывается с подобным это именно создание платформы. Я в своё время готовое искал — ничего путнего с адекватной ценой не находил. Если бы были доступные уже готовые, отлаженные платформы с нормальной механикой, то юные робототехники не парились бы уже с высчитываением и соотношением моментов, параметров движков, тяговитости и динамики всей платформы и т.д. (процесс порой весьма итерационный). А делали бы электронику, ставили бы ардуину и уже думали в плане алгоритмов.

      Я по своему опыту склоняюсь к тому, что бы четырёхколёсная платформа имела всё же поворачивающиеся передние колёса по автомобильному принципу. Это снимает многие вопросы по поворотам. Для упрощения платформу можно было бы сделать только заднеприводной. Но готовых платформ для DIY с такой компоновкой я никогда не встречал. Разве что использовать RC модели, но их грузоподъёмность сильно ограничена, да и стоимость нормальных моделей весьма не маленькая.
        +1
        Слишком сложная конструкция получается с дифференциальным мостом. А смысла-то особого нет, задача езды по прямой — не особо критичная вещь, он даже без нее может ездить в случайном режиме. При заезде на станцию — все равно едет зигзагом по периметру —


        Ну и с копеечным датчиком аклерометра/компаса — достаточно прямо ездит, корректируя моторы на ходу. Так что индивидуальные моторы на каждое колесо — гораздо более простое и надежное решение.
        +1
        моторы на каждое колесо — гораздо более простое и надежное решение.

        Это так) И развернуться можно на месте)
        А какой момент у моторов? Может лучьше на БК систему переходить?
        Благо мотором и регов на Али навалом От манишинок масштаба 1к8.
        В качестве АКБ литий? Или нет? А то тех же плат для 18650 акков навалом
        С контролем и возможность заряда / разряда.И всю электронику залить специальным теплопроводным герметиком.
          0
          LiFePo4 батарея, 12 вольт, 6 а*ч. Ездит примерно часа три на полном заряде (газон не подстригался несколько дней).

          Я рассматриваю возможность использовать шаговые моторы в качестве ходовых, обычные бесколлекторные — слишком «оборотистые», понадобится редуктор (а он отдельно стоит дороже уже собранного блока с коллекторным). Калькулятор на robotshop показывает, что десяток килограмм веса можно двигать четырьмя NEMA-23/24 моторами, но в реальности все может оказаться печальнее (особенно вызывает вопросы начальный момент движения, когда крутящий момент нужен максимальный). Будет возможность — проведу эксперименты.
          +1
          Спасибо за статью. Во всех робокосилках меня напрягает тот факт, что скошенную траву все равно придётся убирать. Классическая косилка с контейнером «пылесосит» в себя весь мелкий мусор, который граблями не так-то просто удалить, а скошенная и подсохшая трава создаёт неопрятный вид. Мне кажется, что трудоемкость уборки травы граблями превысит трудоёмкость кошения вручную. Прокомментируйте, пожалуйста, у кого есть опыт.
            +2
            Косилки-роботы косят каждый день, по нескольку раз. Там обрезков очень мало и они небольшие, практически незаметны.

            Вот при ручном покосе, когда косят уже весьма отросшую траву — уборка действительно важна, так как сам лично наблюдал что бывает после кошения запущенного газона, где трава свалялась в какое-то подобие войлока, образовав ковер (по которому ардумовер хоть и мог ездить, но что-либо полезное делать не мог — просто разряжал батарею за 15-20 минут из-за того, что диск с ножами не мог разогнать) — там траву приходилось собирать и выбрасывать мешками. В ручных косилках для этого ножи делаются с изгибами пропеллера, поток воздуха подхватывает обрезки и выбрасывает в трубу, к которой прикреплен мешок. Для автоматического робота — придется делать более сложную конструкцию, чтобы сам мог ее опустошать.
              +1
              Ну если внимательно прочитать инструкцию к той же хускварне или еще какой роботизированной косилке, то там написано, что срезанная трава идет в удобрение и убирать ее не нужно.
              Единственное условие, косить оно должно постоянно.
                0
                Есть опыт в 3 месяца пользованием Robomow MS1000. В этом процессе главное — частота покоса. Выпускаю этого зверя пастись раз в 2, максимум 3 дня, тогда срез травы 2-3см и после покоса её вообще не видно. Но постепенно образуется на земле слой, который надо будет по весне содрать скарификатором. В целом — результатом очень доволен, качество газона хорошее именно из-за частоты покосов. Робот тихий, можно выпускать его в любое время.
                0
                Не понял, как робот не выезжает за пределы газона? И что за датчик периметра?
                  +1
                  Позабыл более подробно рассказать для тех кто не в курсе. Вокруг участка закапывается провод, по которому подается сигнал (самые распространенные варианты — обычный меандр, и меандр с кодировкой для распознавания относительного положения). На роботе стоит один или несколько датчиков — приемная катушка (обычный дроссель на 100-150 мкГн) с усилителем. При выезде за периметр — робот пытается в него вернуться. А когда наступает время зарядки — робот находит этот провод и едет вдоль него, пока не заедет на станцию.

                  Есть варианты роботов, у которых есть датчики, распознающие наличие травы, и ездящие в пределах газона без необходимости прокладки периметра. Но это менее надежно, разумеется.

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое