Motor-Treiber: Unterschied zwischen den Versionen

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= Zusammenfassung =
 
= Zusammenfassung =
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Das Ardumower- Design verwendet zwei verschiedene Typen vo Motoren. Alle Motoren können im Shop [https://www.marotronics.de/index.php?k=7 shop] [[File: shopping.png|link=https://www.marotronics.de/index.php?k=7]]) erworben werden:
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Das Ardumower- Design verwendet zwei verschiedene Typen von Motoren. Alle Motoren können im [https://www.marotronics.de/index.php?k=7 Shop] [[File: shopping.png|link=https://www.marotronics.de/index.php?k=7]]) erworben werden:
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* Zwei Getriebemotoren als Antriebe (Radmotoren) mit Encoder(für Weg-, Richtungs- und Geschwindigkeitssteuerung)  
+
* Zwei Getriebemotoren als Antriebe (Radmotoren) mit eingebautem Encoder (für Weg- und Geschwindigkeitssteuerung)  
 
* einen Motor (mit hoher Drehzahl) zum Mähen (Mähmotor)
 
* einen Motor (mit hoher Drehzahl) zum Mähen (Mähmotor)
  
−
Zur Steuerung der Motoren sind Motortreiber erforderlich.
+
Zur Steuerung der Motoren sind Motortreiber erforderlich. Desweiteren messen wir den Motorstrom mit dem Motortreiber. Dies erlaubt uns, Hindernisse zu detektieren, da der Motorstrom bei Hindernissen ansteigt. Ardumower verwendet zwei Dual MC33926 Motortreiber. Zwei Kanäle für linker und rechter Motor und zwei Kanäle (parallel geschaltet) für den Mähmotor.
  
−
= Spannungen =
+
Es ist nicht empfehlenswert die Motoren direkt an die Motortreiber anzuschliessen, da gerade beim schnellen Wechsel von Vor- und Rückwärtsfahren (bzw. umgekehrt) hohe Spannungsspitzen auftreten und diese können die Motortreiber auf lange Sicht bestädigen. Daher verwenden wir ein Protector Board zwischen Motortreiber und Motoren.
−
Obwohl es 12V- und 24V- Motoren gibt, verwendet der Ardumower, wie alle modernen Systeme, 24V Motoren. Der Grund ist folgender:
+
  
−
Nehmen wir an, der Motor verbraucht 50W. Bei 24V ist der daraus resultierende Strom: 50W / 24V = 2A.
+
[[File:Ardumower_motordriver_overview.png|800px]]
−
Bei Verwendung von 12V resultiert daraus ein Strom von: 50W / 12V = 4A.
+
  
−
Je höher der Strom (A), um so mehr Probleme treten auf:
+
= Spannungen =
 +
Der Ardumower verwendet wie alle modernen Systeme 24V Motoren.
  
−
* Der Motortreiber muss für höhere Ströme ausgelegt werden (teurer)
 
−
* die Leiterzüge auf der Platine müssen breiter sein (teurer)
 
−
* der Akku muss in der Lage sein, höhere Ströme zu liefern (teurer)
 
  
−
Aus diesen Gründen ist der Ardumower als ein 24V-System ausgelegt.
+
= Bauanleitung Motortreiber (MC33926) =
  
−
= Radmotoren =
+
Eigenschaften des Motortreibers: bis zu 3A, mit integriertem Stromsensor und Thermoschutz
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+
−
  File: ardumower_motor.jpg | Ardumower Getriebemotor(Welle: 8mm Durchmesser, 5900 U/min, 0.055 Nm, Übersetzung: 1:212, Ausgangs-Drehmoment 2.45Nm, Ausgangsdrehzahl 31 U/min)
+
−
  File: wheel_motor_diagram.png | Ardumower Getriebemotor Kennlinie (nur Motor)
+
−
  File:decrease_motor_noise.png | Reduzierung der Motorstörungen
+
−
</gallery>
+
−
Die beiden Getriebemotoren werden unabhängig voneinander gesteuert ('Differentialantrieb') :
+
−
 
+
−
* Fahren vorwärts/rückwärts
+
−
* Lenken links/rechts
+
−
 
+
−
Die Eigenschaften der Ardumower - Radmotoren:
+
−
* Eine Drehzahl bis zu 31 U/min erlaubt es, den Roboter mit einer ausreichenden Geschwindigkeit von bis zu (Meter/sec = 31rpm/60 * PI * 0.25m  = 0.4m/sec) bei Verwendung von Rädern mit 250 mm Durchmesser, zu bewegen.
+
−
* ein hohes Drehmoment (2.45 Nm) garantiert, dass der Roboter kleinere Hügel bis zu 14 Grad erklimmen kann (mit 2 Motoren, 250 mm Rädern, 31 U/min = 0.4m/s, Beschleunigung = 0.2 ( 1/2 der Nominalgeschwindigkeit) [http://www.robotshop.com/blog/en/drive-motor-sizing-tool-9698 see calculator]
+
−
* Der eingebaute Encoder kann die Drehzahl messen, den Weg und die Richtung feststellen. (siehe [http://wiki.ardumower.de/index.php?title=Wegmessung_(Odometrie) | Odometrie ] für weitere Informationen) - für die Ardumower-Software sind Encoder erforderlich.
+
−
* 24V  (Laststrom ca. 1A)
+
−
 
+
−
= Motortreiber =
+
−
Ein Motortreiber ist eine elektronische Schaltung, die es ermöglicht, Strom  durch den Motor in eine Richtung oder in die entgegengesetzte Richtung fliessen zu lassen - abhängig davon,ob der Motor vorwärts oder rückwärts fahren soll. (eine sog. 'H-Brücke'). Es gibt viele Motortreiber als Fertigplatinen, einige können zwei Motoren steuern (Dual H-Brücke) - wenn man 2 dieser Brücken parallel schaltet, kann man den max. Motorstrom erhöhen.
+
−
 
+
−
Wenn die Drehrichtung des Motors nicht gesteuert werden muss, (z.B. für die Messer), braucht man keine H-Brücke, statt dessen kann ein einfacher 'Schalter' (d.h. ein  MOSFET-Transistor) verwendet werden.
+
−
 
+
−
Der Motortreiber ist über Steuersignale mit dem Arduino verbundeno. Beispiel:
+
−
 
+
−
  Arduino Digital Pin  —>  MOTOR-Direction Pin (DIR)
+
−
  Arduino PWM Pin      —>  MOTOR-Speed Pin (PWM)
+
−
  Arduino Analog Pin  <—  MOTOR-Current Sensor Pin
+
−
 
+
−
 
+
−
ein Pin steuert die Drehrichtung (vorwärts/rückwärts), der andere Pin steuert die Geschwindigkeit. Ein analoger Eingangspin ist mit dem Stromsensor verbunden. Die Stromsensor-Module (ACS712-05A) sind in Reihe mit dem Motor geschaltet.
+
  
 
<gallery>
 
<gallery>
−
File:Ardumower_motor_driver_circuit.png | Bemerkung: nur zur Demonstration! Die konkrete Schaltung siehe hier: [http://wiki.ardumower.de/index.php?title=Ardumower_PCB schematics]
+
File: Ardumower_motordriver_overview.png | PCB, MC33926, protector and motors
 +
File: Pcb_mc33926.jpg | PCB und MC33926
 +
File:Mc33926.jpg | Pin-Belegung
 +
File:MC33926_schematics.jpg | Schaltbild MC33926
 
</gallery>
 
</gallery>
  
−
== PWM Frequenz ==
+
Hier findest Du eine Anleitung wie der Motortreiber auf das PCB gesetzt wird.  
−
Die Geschwindigkeit der Motoren wird durch das Tastverhältnis eines pulsweiten-modulierten Signales gesteuert. Wir verwenden die Arduino Standart PWM Frequenz (490 Hz) zur Steuerung der Motortreiber.
+
* [https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=DokrJiVzX2I Video-Anleitung: Dual MC33926]
  
−
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+
Für Verkabelung von Motortreiber, Protector PCB und Motoren bitte die Anleitung im Abschnitt "Protector PCB" öffnen.
−
File: Arduino_pwm.png | Arduino PWM Tastverhältnis
+
−
File: Pwm_490hz.png | PWM 490 Hz: Odometrie ticks, sense (Strom)
+
−
File: Pwm_3khz.png | PWM 3.9 Khz: Odometrie ticks, sense (Strom)
+
−
File: Pwm_20khz.png | PWM 20 Khz: Odometrie ticks, sense (Strom)
+
−
File: Pwm_31khz.png | PWM 31 Khz: Odometrie ticks, sense (Strom)
+
−
</gallery>
+
  
−
== verbreitete Module ==
+
=Protector PCB=
−
=== MC33926 (empfohlen) ===
+
  
−
Eigenschaften: bis zu 3A, mit integriertem Stromsensor und Thermoschutz, für alle Arten von Mähroboter
+
[[File:warning.png]] Protektorboard: Bei 24V Systemen kommt es zu Spannungsspitzen, die den Motortreiber schnell zerstören können. Daher wurde das Protektorboard entwickelt um dies zu verhindern. Es werden 2 Stück benötigt. Einen für die Antriebsräder und einen für den Mähmotor. Schaden kann das Protektorboard auf keinen Fall.
−
 
+
−
Spannungsspitzen: Bei 24V Systemen kommt es zu Spannungsspitzen, die den Motortreiber schnell zerstören können. Daher wurde das Protektorboard entwickelt um dies zu verhindern. Wie das bei 12V-Systemen ist können wir nicht genau sagen da dies wiederum auch von den Motoren abhängig ist. Es werden 2 Stück benötigt. Einen für die Antriebsräder und einen für den Mähmotor. Schaden kann das Protektorboard auf keinen Fall.
+
  
 
<gallery>
 
<gallery>
−
File:Mc33926.jpg | Pin-Belegung
+
File: Ardumower_motordriver_overview.png | PCB, MC33926, protector and motors
−
File:Mc33926_example.jpg | Jumper
+
File:Protector_pcb2.jpg | Protector PCB
−
File:MC33926_schematics.jpg | Schaltung
+
File:Protector_wiring.png | Protector PCB Verdrahtung
−
File:Mc33926_current_limiter.jpg | automatischer Strombegrenzer
+
File:driver_hw_protection.png | Protector PCB Schaltbild
−
File:Motor_pwm_50_percent_transients.jpg | Motorstart 50% PWM Tastverhältnis
+
−
File:driver_hw_protection.png | Impuls/EMF Schutz
+
 
</gallery>
 
</gallery>
  
−
'''
+
* [https://github.com/Ardumower/ardumower/blob/master/Dokumentation/Protector%20Board/WORKSHOP%20Protector-Board.pdf Bauanleitung Protector board (empfohlen für sicheren Betrieb der Motortreiber!)]
−
M1_FB    --- pinMotorLeftSense A1
+
−
M1_SF    --- pinMotorLeftFault 25
+
−
M1_PWM_D1 --- verbunden mit Jumper nach GND
+
−
M1_PWM_D2 --- verbunden mit Jumper nach VDD
+
−
M1_IN1    --- pinMotorLeftPWM 5 
+
−
M1_IN2    --- pinMotorLeftDir 31
+
−
EN        --- pinMotorEnable  37
+
−
M2_FB    --- pinMotorRightSense A0
+
−
M2_SF    --- pinMotorRightFault 27
+
−
M2_PWM_D1 --- verbunden mit Jumper nach GND
+
−
M2_PWM_D2 --- verbunden mit Jumper nach VDD
+
−
M2_IN1    --- pinMotorRightPWM  3
+
−
M2_IN2    --- pinMotorRightDir 33
+
−
EN        --- pinMotorEnable  37
+
−
VDD      --- Arduino 5V
+
  
−
=== L6201P ===
+
= Anschluss Radmotoren =
 
<gallery>
 
<gallery>
−
   File: L6201P_motor_driver.jpg | L6201P Platine
+
   File: Ardumower_motordriver_overview.png | PCB, MC33926, protector and motors
−
   File: L6201p.png | L6201P Datenblatt
+
  File: ardumower_motor.jpg | Ardumower Getriebemotor(Welle: 8mm Durchmesser, 5900 U/min, 0.055 Nm, Übersetzung: 1:212, Ausgangs-Drehmoment 2.45Nm, Ausgangsdrehzahl 31 U/min)
 +
  File: magnetic_encoder.PNG | Motor wiring
 +
  File: wheel_motor_diagram.png | Ardumower Getriebemotor Kennlinie (nur Motor)
 +
   File: Ardumower_gearbox.png | Getriebe-Spezifikation
 
</gallery>
 
</gallery>
 +
Die beiden Getriebemotoren werden unabhängig voneinander gesteuert ('Differentialantrieb') :
  
−
Eigenschaften: 48V, 4A
+
* Fahren vorwärts/rückwärts
 +
* Lenken links/rechts
  
−
B+    Ausgangsspannung der Srtomversorgung
+
Die Eigenschaften der Ardumower - Radmotoren:
−
  GND    GND
+
* Eine Drehzahl bis zu 31 U/min erlaubt es, den Roboter mit einer ausreichenden Geschwindigkeit von bis zu (Meter/sec = 31rpm/60 * PI * 0.25m = 0.4m/sec) bei Verwendung von Rädern mit 250 mm Durchmesser, zu bewegen.
−
EN    driver enable
+
* ein hohes Drehmoment (2.45 Nm) garantiert, dass der Roboter kleinere Hügel erklimmen kann (mit 2 Motoren, 250 mm Rädern, 31 U/min = 0.4m/s, Beschleunigung = 0.2 ( 1/2 der Nominalgeschwindigkeit) [http://www.robotshop.com/blog/en/drive-motor-sizing-tool-9698 see calculator]
−
RPWM  forward PWM signal, active HIGH
+
* Der eingebaute Encoder kann die Drehzahl messen, die Geschwindigkeit und den Weg feststellen.
−
LPWM  reverse PWM signal, active HIGH
+
* 24V (Laststrom ca. 1A)
−
CT    current signal output
+
−
  VT    voltage signal output
+
  
−
Forward  EN=1, RPWM=PWM, LPWM=0
+
Der linke Getriebe-Motor wird wie folgt an das Protector Board angeschlossen:
−
Reverse  EN=1, RPWM=0,  LPWM=PWM  (auch möglich?  EN=1, RPWM=255-PWM, LPWM=1  => muss noch getestet werden!)
+
−
Brake    EN=1, RPWM=0,  LPWM=0
+
−
Not brake EN=0, RPWM=x,  LPWM=x
+
−
Bemerkung: 1=High level (3.3-5v), 0=Low level (0V oder GND)
+
  
−
=== L9958 ===
+
Motor Anschluss (linker Motor):
−
Eigenschaften: Arduino 240W H-bridge Motortreiber-Board - SX8847, bis zu 8A
+
Motor (black)  ==== Protector board Motor_1_OUT(1)
 +
Motor (red)    ==== Protector board Motor_1_OUT(2)
  
−
Beachte,dass diese Platine einen linearen Spannungsregler [http://en.wikipedia.org/wiki/78xx linear voltage regulator] enthält,der Eingangsspannung (typisch 24 oder 12V)in 5V umwandelt. Einige module verwenden einen einzelnen Spannungsregler (chip VR1 auf dem Modul), oder zweistufig (VR1 und U2).  
+
Für den rechten Motor entsprechend an Protector board Motor_2_OUT(1,2) anschliessen.
  
−
Die Konvertierung von 24V nach 5V mit einem linearen Spannungsregler ist sehr ineffizient (Eingangsstrom = Ausgangsstrom, wenn man z.B. 100mA bei 5V benötigt, braucht man auch 100mA bei 24V, so verliert man 1,9W in diesem Modul). Deshalb ist es empfehlenswert,den linearen Spannungsregler nicht zu benutzen und statt dessen die 5V aus einen Schaltregler zu beziehen.
+
= Anschluss Odometrie der Getriebemotoren =
  
−
L9958 GND---GND
+
Der im Ardumower-Getriebe-Motor eingebaute Encoder hilft dem Ardumower die Drehzahl bzw. zurückgelegte Distanz zu ermitteln. Hier siehst Du wie die Odometrie der Motoren an das PCB angeschlossen wird.
−
L9958 VCC---Arduino 5V
+
−
L9958 EN---Arduino 5V
+
−
L9958 DI---GND
+
−
L9958 DIR---Arduino MOTOR_DIR
+
−
L9958 PWM---Arduino MOTOR_PWM
+
−
L9958 MOTOR(+)---motor(+)
+
−
L9958 MOTOR(-)---motor(-)
+
−
L9958 POWER(+)---battery(+)
+
−
L9958 POWER(-)---battery(-)
+
  
 
<gallery>
 
<gallery>
−
   File: Motor_driver_L9958.jpg
+
   File: magnetic_encoder.PNG | Motor wiring
 +
  File: ardumower_odometry_encoder.jpg | Encoder signal
 
</gallery>
 
</gallery>
  
−
=== L298N ===
+
Motor Odometrie Anschluss (linker Motor):
−
Eigenschaften: bis zu 4A
+
Motor (brown)  ---- PCB VCC
−
Bemerkung: bei der Verwendung des L298N-Motortreibers sollten beide H-Brücken (2A) parallel geschaltet werden, so dass beide H-Brückeneinen Motor treiben (max. 4A):
+
Motor (green) ---- PCB GND
 +
Motor (blue)  ---- PCB OdometryLeft (3)
 +
Motor (purple) ---- PCB OdometryLeft (4)
  
−
Parralelschaltung:
+
Für den rechten Motor entsprechend an "PCB OdometryRight" anschliessen.
−
IN1 mit IN4
+
−
IN2 mit IN3
+
−
OUT1 mit OUT4
+
−
OUT2 mit OUT3
+
  
 +
WICHTIG: Bei PCB v0.5/1.2 fehlen die Pull-up Widerstände! Du musst sie nachträglich am PCB wie folgt ergänzen:
  
−
ENA und ENB sind mit einem Jumper versehen .
+
PCB OdometryLeft(3) --- 4.7k --- 5v
 +
PCB OdometryLeft(4) --- 4.7k --- 5v
  
 +
= Anschluss Mähmotor =
 
<gallery>
 
<gallery>
−
File: Motordriver_l298n.JPG | Treiberboard
+
File: Ardumower_motordriver_overview.png | PCB, MC33926, protector and motors
−
File: L298driver.jpg | Parallelschaltung für doppeltem Strom
+
−
File: L298N_schematics.jpg | Schaltung
+
−
</gallery>
+
−
 
+
−
= Mähmotor und Treiber =
+
−
<gallery>
+
 
File: ardumower_mower_motor.jpg | Ardumower Mähmotor
 
File: ardumower_mower_motor.jpg | Ardumower Mähmotor
 
File: Mower_motor_curve.png | Ardumower Mähmotor -Kennlinie
 
File: Mower_motor_curve.png | Ardumower Mähmotor -Kennlinie
Zeile 175: Zeile 106:
 
* 24V, Laststrom ~1.0A  (L=2.8mH, R=1.9ohm)
 
* 24V, Laststrom ~1.0A  (L=2.8mH, R=1.9ohm)
  
−
Für den Mähmotor wird ein MOSFET-Schalter verwendet. Der MOSFET-Transistor IRLIZ44N (alternativ: IRF1404, IRL540N, RFP30N06LE, FQP30N06L) kann einen Strom von 30A mit einem 5V Steuersignal vom Arduino schalten (N-LogL). Der 10k Widerstand zieht den Eingang beim Start des Arduino  auf Masse (GND). Der  180 Ohm Widerstand begrenzt den Strom am Gate bei Pegeländerungen auf ca. 30mA. Die Diode (MBR1045) schützt die Schaltung vor hohen Induktionsspannungen des Motors. Ein Stromsensor-Modul (ACS712-30A) ist in Reihe mit dem Motor geschaltet.
+
Es wird ein MC33926 Motortreiber in Parallelschaltung zur Ansteuerung des Mähmotors verwendet.
  
−
Bei Verwendung der Ardumower-Platine 1.2 wird ein MC33926 Motortreiber in Parallelschaltung zur Ansteuerung des Mähmotors verwendet.
+
[[File:warning.png]]'''Sicherheitshinweis: Entferne zur Sicherheit stets die Messer bei deinen ersten Tests!'''
  
−
[[File:warning.png]]'''Sicherheitshinweis: Entferne zur Sicherheit stets die Messer bei diesen ersten Tests!'''
 
  
−
<gallery>
+
Der Mähmotor wird wie folgt an das Protector board angeschlossen:
−
File: Ardumower_mower_motor_circuit.png | Bemerkung: nur zur Demonstration! Das konkrete Schaltbild sieht man hier [http://wiki.ardumower.de/index.php?title=Ardumower_PCB schematics]
+
  Motor (black)  ==== Protector board Motor_1_OUT(1)
−
</gallery>
+
  Motor (red)    ==== Protector board Motor_1_OUT(2)
  
−
= Auswahl eines Treibers =
+
= Reduzierung von Motorstörungen =
−
 
+
−
Bei der Auswahl eines Motortreibers ist folgendes zu beachten:
+
−
 
+
−
* max. thermische Belastung (Kurzschluss-Strom)
+
−
* Preis
+
−
 
+
−
= Anlaufstrom =
+
−
Hier sind einige Messungen des Anlaufstroms der Ardumower-motoren (Spitze):
+
−
 
+
−
Anlaufstrom:
+
−
* Getriebemotor: 15A (Anlaufstrom Spitze)
+
−
* Mähmotor: 20A (Anlaufstrom Spitze)
+
  
 +
Folgende Anleitung zeigt wie Du Motorstörungen reduzieren kannst.
 
<gallery>
 
<gallery>
−
File: Messung_einschalt_spitzen.jpg | Getriebemotor Anlaufstrom (Spitze)
+
  File:decrease_motor_noise.png | Reduzierung von Motorstörungen
 
</gallery>
 
</gallery>
  
−
= Kurzschluss-Strom =
+
* [https://github.com/Ardumower/ardumower/blob/master/Dokumentation/Motor%20Entstoerung/Motor%20EntstoerungREV20150531.pdf Anleitung: Motorstörungen reduzieren REV20150531]
−
Um den Motortreiber nicht beim Lauf zu zerstören, ermittle den Strom, der maximal durch deinen Motor fließt. Mit anderen Worten, ermittle den Kurzschluss-Strom. Typische Messanordnung:
+
* [http://www.ardumower.de/media/kunena/attachments/1725/Motor-EntstoerungREV20150531.pdf (English comments)]
  
−
Akku === Amperemeter === Motor
 
−
 
−
Das Amperemeter sollte in der Lage sein, den max. Strom zu messen (d.h. 30A). Der Motor ist bei der Messung mechanisch zu blockieren (er darf nicht drehen).
 
−
 
−
'''Warnung'''
 
−
 
−
* immer Messer entfernen
 
−
* schliesse den Akku nur für einen kurzen Moment an (1-5 Sekunden)
 
−
* benutze nur Kabel mit ausreichendem Querschnitt
 
−
 
−
Beispiel-Messungen:
 
−
 
−
* Rotenbach SPM08-320
 
−
** Radmotor: 8A
 
−
** Mähmotor:
 
−
 
−
* Ambrogio L50
 
−
** Radmotor: 4,5A
 
−
** Mähmotor: 22A
 
−
 
−
* Tianchen TC-G158
 
−
** Radmotor: 5,4A
 
−
** Mähmotor: 16A (beide 32A)
 
−
 
−
Der gemessene Strom fließt nur im schlimmsten Fall, das bedeutet, wenn der Motor startet oder wenn er blockiert ist und das auch nur für eine kurze Zeit (der Akku kann den hohen Strom nicht über längere Zeit liefern,  Spannung und Strom brechen zusammen).
 
−
 
−
= Stromsensor =
 
−
Zum Erkennen bestimmter Bedingungen (Roboter fährt gegen ein Hindernis, motor blockiert usw.), ist es notwendig, den Motorstrom ständig zu überwachen. Es gibt zwei Methoden zur Strommessung:
 
−
 
−
== Mittels "Hall Sensor Modulen" ==
 
−
Das ist die empfohlene Methode zur Strommessung. Es gibt diese Module für verschiedene Strombereiche.
 
−
 
−
* ACS712ELC-05A (185mV/A, max. 5A)
 
−
* ACS712ELC-20A (100mV/A, max. 20A)
 
−
* ACS712ELC-30A (66mV/A, max. 30A)
 
−
* Je niedriger der Bereich, um so präziser ist das Messergebnis.
 
−
 
−
== Mittels "Shunt-Widerstand (Schaltung)" ==
 
−
Der Strom fließt durch einen sehr kleinen Widerstand (0.5 Ohm oder weniger) und die daran abfallende Spannung wird gemessen.
 
  
 +
= Motor controller (PID) =
 +
Die Geschwindigkeit der Motoren wird mit einem Software-PID-Regler geregelt. Du kannst Dir die Regelung mit der pfodApp anschauen (Plot->Motor control):
  
 
<gallery>
 
<gallery>
−
File: L298n_module_circuit.jpg
+
  File:Speedcontrol.png | Motor speed settings
 +
  File: Odometry_motor_pid_controller.png
 
</gallery>
 
</gallery>
−
 
−
=Weitere Links=
 
−
#[http://www.ardumower.de/index.php/en/forum/maehwerk/74-10a-pwm-controller-modul-fuer-den-arduino 10A PWM controller module modification]
 

Aktuelle Version vom 22. Februar 2017, 09:47 Uhr

Zusammenfassung

Das Ardumower- Design verwendet zwei verschiedene Typen von Motoren. Alle Motoren können im Shop Shopping.png) erworben werden:

  • Zwei Getriebemotoren als Antriebe (Radmotoren) mit eingebautem Encoder (für Weg- und Geschwindigkeitssteuerung)
  • einen Motor (mit hoher Drehzahl) zum Mähen (Mähmotor)

Zur Steuerung der Motoren sind Motortreiber erforderlich. Desweiteren messen wir den Motorstrom mit dem Motortreiber. Dies erlaubt uns, Hindernisse zu detektieren, da der Motorstrom bei Hindernissen ansteigt. Ardumower verwendet zwei Dual MC33926 Motortreiber. Zwei Kanäle für linker und rechter Motor und zwei Kanäle (parallel geschaltet) für den Mähmotor.

Es ist nicht empfehlenswert die Motoren direkt an die Motortreiber anzuschliessen, da gerade beim schnellen Wechsel von Vor- und Rückwärtsfahren (bzw. umgekehrt) hohe Spannungsspitzen auftreten und diese können die Motortreiber auf lange Sicht bestädigen. Daher verwenden wir ein Protector Board zwischen Motortreiber und Motoren.

Ardumower motordriver overview.png

Spannungen

Der Ardumower verwendet wie alle modernen Systeme 24V Motoren.


Bauanleitung Motortreiber (MC33926)

Eigenschaften des Motortreibers: bis zu 3A, mit integriertem Stromsensor und Thermoschutz

  • PCB, MC33926, protector and motors

  • PCB und MC33926

  • Pin-Belegung

  • Schaltbild MC33926

Hier findest Du eine Anleitung wie der Motortreiber auf das PCB gesetzt wird.

Für Verkabelung von Motortreiber, Protector PCB und Motoren bitte die Anleitung im Abschnitt "Protector PCB" öffnen.

Protector PCB

Warning.png Protektorboard: Bei 24V Systemen kommt es zu Spannungsspitzen, die den Motortreiber schnell zerstören können. Daher wurde das Protektorboard entwickelt um dies zu verhindern. Es werden 2 Stück benötigt. Einen für die Antriebsräder und einen für den Mähmotor. Schaden kann das Protektorboard auf keinen Fall.

  • PCB, MC33926, protector and motors

  • Protector PCB

  • Protector PCB Verdrahtung

  • Protector PCB Schaltbild

Anschluss Radmotoren

  • PCB, MC33926, protector and motors

  • Ardumower Getriebemotor(Welle: 8mm Durchmesser, 5900 U/min, 0.055 Nm, Übersetzung: 1:212, Ausgangs-Drehmoment 2.45Nm, Ausgangsdrehzahl 31 U/min)

  • Motor wiring

  • Ardumower Getriebemotor Kennlinie (nur Motor)

  • Getriebe-Spezifikation

Die beiden Getriebemotoren werden unabhängig voneinander gesteuert ('Differentialantrieb') :

  • Fahren vorwärts/rückwärts
  • Lenken links/rechts

Die Eigenschaften der Ardumower - Radmotoren:

  • Eine Drehzahl bis zu 31 U/min erlaubt es, den Roboter mit einer ausreichenden Geschwindigkeit von bis zu (Meter/sec = 31rpm/60 * PI * 0.25m = 0.4m/sec) bei Verwendung von Rädern mit 250 mm Durchmesser, zu bewegen.
  • ein hohes Drehmoment (2.45 Nm) garantiert, dass der Roboter kleinere Hügel erklimmen kann (mit 2 Motoren, 250 mm Rädern, 31 U/min = 0.4m/s, Beschleunigung = 0.2 ( 1/2 der Nominalgeschwindigkeit) see calculator
  • Der eingebaute Encoder kann die Drehzahl messen, die Geschwindigkeit und den Weg feststellen.
  • 24V (Laststrom ca. 1A)

Der linke Getriebe-Motor wird wie folgt an das Protector Board angeschlossen:

Motor Anschluss (linker Motor): 

Motor (black)  ==== Protector board Motor_1_OUT(1)
Motor (red)    ==== Protector board Motor_1_OUT(2)

Für den rechten Motor entsprechend an Protector board Motor_2_OUT(1,2) anschliessen.

Anschluss Odometrie der Getriebemotoren

Der im Ardumower-Getriebe-Motor eingebaute Encoder hilft dem Ardumower die Drehzahl bzw. zurückgelegte Distanz zu ermitteln. Hier siehst Du wie die Odometrie der Motoren an das PCB angeschlossen wird.

  • Motor wiring

  • Encoder signal

Motor Odometrie Anschluss (linker Motor): 

Motor (brown)  ---- PCB VCC
Motor (green)  ---- PCB GND
Motor (blue)   ---- PCB OdometryLeft (3)
Motor (purple) ---- PCB OdometryLeft (4)

Für den rechten Motor entsprechend an "PCB OdometryRight" anschliessen.

WICHTIG: Bei PCB v0.5/1.2 fehlen die Pull-up Widerstände! Du musst sie nachträglich am PCB wie folgt ergänzen: 

PCB OdometryLeft(3) --- 4.7k --- 5v
PCB OdometryLeft(4) --- 4.7k --- 5v

Anschluss Mähmotor

  • PCB, MC33926, protector and motors

  • Ardumower Mähmotor

  • Ardumower Mähmotor -Kennlinie

  • Anlaufstrom

  • Mähmotor blockiert, 500ms detection (max), waittime: 5sec (min)

Eigenschaften des Ardumower-Mähmotors:

  • schnell genug um den Rasen zu schneiden (3150 U/min)
  • genügend Drehmoment (140 mNm / 46 W)
  • leises Mähen (man hört ihn kaum)
  • 24V, Laststrom ~1.0A (L=2.8mH, R=1.9ohm)

Es wird ein MC33926 Motortreiber in Parallelschaltung zur Ansteuerung des Mähmotors verwendet.

Warning.pngSicherheitshinweis: Entferne zur Sicherheit stets die Messer bei deinen ersten Tests!


Der Mähmotor wird wie folgt an das Protector board angeschlossen: 

 Motor (black)  ==== Protector board Motor_1_OUT(1)
 Motor (red)    ==== Protector board Motor_1_OUT(2)

Reduzierung von Motorstörungen

Folgende Anleitung zeigt wie Du Motorstörungen reduzieren kannst.

  • Reduzierung von Motorstörungen


Motor controller (PID)

Die Geschwindigkeit der Motoren wird mit einem Software-PID-Regler geregelt. Du kannst Dir die Regelung mit der pfodApp anschauen (Plot->Motor control):

  • Motor speed settings

  • Odometry motor pid controller.png
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