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Der Rasenmährobot Pi-Wolf 300 basiert auf einem Spindelmäher von Wolf-Garten - dem Wolf TT300 S.

Wolf Garten TT 300 S im Originalzustand

Status: Konstruktion

Ausgangszustand, Grundlagen

Handbetrieb des Basisgerätes

Der TT300 S ist ein Spindelmäher, der von Hand betrieben wird. Das Mähwerk wird durch die Räder angetrieben.

Er ist für niedrige Grashöhen bis 15 cm geeignet. Längere Grashalme werden wegen der Bauweise gegebenenfalls nicht erfasst. Bei dichtem, langem Gras reicht die Leistung durch den Handantrieb nicht aus (mühsames wiederholen vor und zurück...)

Einflüsse auf das Design

bereits vorhandene Bauteile

Die vorhandenen Bauteile haben auf Grund der Kosten Einfluss auf diese Konstruktion...

  • Raspberry Pi
  • WLan-Stick
  • Logitech WebCam
  • Wolf Garten TT 300S (ebay, 30€)
  • Makita Werkzeuge mit 18V-Akkus
    • Makita 18V 3AH Akkus
    • Makita LED-Lampe (als Akku-Aufnahme und Einschalter, 12 Euro)

Zudem die üblichen eher günstigen Bauteile aus der Bucht...

  • Dunker G30.1S Motor 40V(?) mit PLG30 1:125 Getriebe, ca. 4-5 Nm (je 9 Euro)
  • 2A-Motor-Controller (~ 5 €)
  • Sensoren (~10€)

Meine Erfahrungen

  • leidenschaftlicher Bastler und Verbesserer ;-)
  • E-Techniker
  • Linux-User und Programmierer
    • C/C++
    • Python
    • Embedded Programmierer
    • bisschen Hardwareentwickler
    • Softwareentwickler & Tester

Funktionsweise

Mähwerk

  • Spindelmäher - eine Spindel mit horizontaler Achse quer zur Fahrtrichtung rotiert. Ihre 5 Messer rotieren dabei nahe an der Schnittkante (Hinteres waagrechtes feststehendes Blech auf Schnitthöhe).
  • Vorgabe für die Drehzahl der Spindel
    • Das Messer muss so an der Schneide vorbeikommen, das das Gras gleichmässig geschnitten wird.
      • rotiert die Spindel zu langsam, so wird das Gras unter die hintere Schneide gezogen, bevor es geschnitten wird. Dies äussert sich in einem unruhigem Schnittbild.
      • rotiert die Spindel zu schnell, dann wird gegebenenfalls Leistung verschwendet, unnötiger Lärm erzeugt, das Gras gegebenenfalls eher abgerissen, statt geschnitten.
    • Lösung:
      • die Spindel hat 5 Messer.
        Um ein gleichmässige Schnittbild zu erreichen, muss der Abstand der Messer - etwa 7 cm - auf als 1-2 cm wirken.
      • Daraus ergibt sich eine Umlaufgeschwindigkeit, die ca. 3-6 mal höher als die Fahrtgeschwindigkeit sein muss.
        Bei Verwendung eines Handrasenmähers ist hier durch den Hersteller schon ein Wert eingestellt: durch die Übersetzung von Rad zur Spindel.

Robot

Antrieb

  • ursprünglich treiben die Räder über ein Ritzel mit Freilauf die Spindel an. Durch ein Schieben nach vorne greift der Freilauf und Rad und Spindel sind wirksam miteinander verbunden.


Dieser Antrieb wird auch im Betrieb als Robot genutzt. Die DC-Motoren treiben die Räder an.

Anforderung/Requirements

...??

  • Lärm:
    • Leiser Betrieb (etwa wie ein gut eingestellter Spindelmäher, oder ein RC-Elektroauto... <= 60 dB(A), siehe Tabelle Geräuschempfinden )
  • Größe:
    • kompakte Bauweise, max. so groß wie die erhältlichen Rasenmäher-Roboter
  • Leistung
    • Mähfläche ca. 50 m², ggf. auch 100 m²
    • Mindestens ein Mähvorgang je Ladung (18V, 3Ah, ggf. auch 18V 2, 4, 5 Ah)
  • Sicherheit
    • Abschaltung, wenn Person näher als 20 cm
      • (ggf. schon Design: Stillstand = keine beweglichen Teile..)
    • Gleichmässiges, sauberes Schnittergebnis
  • Komfort: Schnitthöhenverstellung
    • Manuelle Höhenverstellung ist ausreichend
  • Reinigung
    • Erkennung Nässe? => nicht bei Nässe mähen?
    • Manuelles Reinigen ausreichend...

Design

Steuerung

Die Steuerung kann durch einen vorhandenen Raspberry Pi erfolgen.

    • Die GPIO-Pins des Raspberry Pi können im PWM-Modus betreiben werden.
    • Über eine Erweiterungsplatine mit L298N können Motoren bis 36V/2A betrieben werden.
    • ggf sind noch Encoder für die Räder nötig (?)
    • Programmierung in Python oder wenn notwendig: C/C++

Versorgung

    • Makita Li-Ionen Akkus 18 Volt. (hier habe ich bereits mehrere Geräte, zudem existiert ein Adapter von Makita, um 2 18V-Akkus als ein 36V-Akku zu betreiben.
    • Akkuhalterung: Makital DML186 (LED-Lampe für 12 Euro incl. Versand), kann zusätzlich Lich liefern :-)
    • Netzteil für Pi: 5V, 1-2 Ampere, noch fest zu legen...

Sensoren/Orientierung

    • GY-282/HMC5983 Drei-Achsen Elektronisch Kompass Magnetmodul Modul - 5 €
    • HC-SR04 Ultraschall Entfernungsmesser. ca. 2,5€
    • gegebenenfalls auch Webcam...

Projektplan

In Kürze:

  • Verwendung des reparierten TC300S
    • Justieren:
      • Spindel exakt schleifen (Schleifblatteinsatz in der Flex, ca. 1 Std.)
      • Feste Schneidkante so einstellen, das er Papier schneidet :-) => wie in der Anleitung beschrieben
    • Einsatz besserer und leiserer Freilauflager (die Ritzel des TC300 haben einen integrierten Freilauf, dieser nutzt das Ritzel bei dichtem Grass ab)
    • Entfernen des Handgriffes
  • Im 1. Schritt:
    • Einbau DC-Motoren für Spindel und Vorwärtsbewegung . Antrieb des Rades durch Ersatz-Ritzel auf dem Ersatzteilhandel (~12 €)
    • Versorgung einbauen
      • Einbau der Makita LED-Lampe als Akkuhalterung
      • Netzteil für Raspberry einbauen
    • Verdrahtung Versorgung, H-Bridge/PWM, Raspi-Netzteil, Raspberry Pi GPIO und DC-Motoren,
      • Probelauf des Antriebes,
      • Design/Erstellung der SW-Schnittstelle für Antrieb
      • Erstellung Python-Prototyp zur Ansteuerung Webcam & Motoren
    • Einbau einer Elektronikhalterung (Raspberry Pi, Motorcontroller, Webcam, WLAN-Stick)
  • Im 2. Schritt: (RC mit Bildübertragung)
    • Remotecontrol vom PC
    • Webcam zur Rückmeldung
  • Im 3. Schritt (autarkes Mähen) Einsatz von:
    • Ultraschall Entfernungsmesser
    • Gyroskop & Compass
    • Webcam zur genaueren Orientierung
  • Im letzten Schritt ggf. noch Ladestation..