Κατασκευή αυτόνομου ρομποτικού οχήματος για γεωργική χρήση.

[Farmer]

Αγαπητοί φίλοι καλησπέρα,

Θέλω να κάνω ένα μικρό αυτόνομο ηλεκτρικό ρομποτικό όχημα (τετράτροχο ή με ερπύστριες) που να μπορεί να σέρνει από πίσω του ένα σκαλιστηράκι πλάτους 30 cm και σε βάθος μέσα στο έδαφος 5cm σε κάπως σκληρό (αργιλώδες και στεγνό) έδαφος.

Δεν είμαι μηχανικός και οι απαιτούμενοι υπολογισμοί ως αναφορά την δύναμη (ροπή κινητήρων), βάρος οχήματος και διαστάσεις των τροχών που θα πρέπει να έχει μια τέτοια κατασκευή, δεν μπορώ να τα υπολογίσω με ακρίβεια.

Ποιο συγκεκριμένα: αρχικά, θέλω να κάνω ένα μεταλλικό κουτί με τέσσερις τροχούς, που να έχει 4 μοτέρ (ένα σε κάθε τροχό), θα πρέπει το εν λόγο όχημα να έχει διαστάσεις περίπου από 50 cm έως 100 cm μήκος και από 30 cm έως 60 cm πλάτος και να έχει το ανάλογο βάρος για να μπορεί να σκαλίζει σκληρό αργιλώδες έδαφος σε πλάτος 30 cm σε βάθος 5 cm. Η ταχύτητα κίνησης του οχήματος δεν ενδιαφέρει, δηλαδή μπορεί να πηγαίνει και με 5 μέτρα το λεπτό. Το σημαντικό είναι να έχει δυνατότητα μεγάλης ροπής στις ρόδες από τα μοτέρ και τα μοτέρ να είναι ανθεκτικά σε βλάβη (ειδικά οι μειωτήρες) ή τα μοτέρ να να είναι χαμηλού κόστους και να μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν σε περίπτωση βλάβης. Ο χρόνος συνεχούς λειτουργίας των μοτέρ πρέπει να είναι 5 με 8 ώρες. Επίσης λόγο του ότι η εργασία του οχήματος θα είναι στην ύπαιθρο το καλοκαίρι, μπορεί να κουβαλά επάνω του ένα φωτοβολταϊκό 60 cm επί 60 cm ή ακόμη και 1m επί 1m.

Αυτό που με δυσκολεύει είναι η επιλογή των κατάλληλων moter με μειωτήρα και η επιλογή των τροχών (είδος και διαστάσεις).

Σκέφτομαι ότι ένα τρακτέρ 2 τόνων με δύναμη 45 ίππων τραβά ένα δύυνο άροτρο σκάβοντας 50 cm βάθος και συνολικό πλάτος 100 cm άρα 2000kg/5000cm²=0,4 kg/cm² είναι η αναλογία βάρους οχήματος ανά τετραγωνικό εκατοστό αντίστασης εδάφους, (σε έδαφος κανονικής υγρασίας). Επιπλέων η αναλογία ιπποδύναμης ανά τετραγωνικό εκατοστό είναι 45hp/5000cm² =0,009 hp/cm² ανά τετραγωνικό εκατοστό αντίστασης εδάφους. Κατά συνέπεια αφού θέλω να σκάψω 30cm σε βάθος 5 cm εδάφους τότε θα έχω 30cm Χ 5cm =150 cm² και συνεπώς θέλω 150 cm² Χ 0,4 kg/cm²= 60 kg δύναμη τραβήγματος ή 150 cm² Χ 0,009 hp/cm² = 1,35hp ιπποδύναμη.

Μέχρι εδώ τα σκέφτηκα σωστά ή έχω λάθος λογική; Ποία είναι η γνώμη σας;

Έτσι λοιπόν σκέφτομαι το όχημα αυτό να έχει παραπάνω βάρος, δηλαδή να είναι 100 ή 120 kg και με ιπποδύναμη 2,25 ή 2,7 hp, αφού (45hp/2000kg=0,0225hp/kg) και το έδαφος θα είναι στεγνό, δηλαδή σκληρό.

Το πρόβλημα είναι: τι μοτέρ και με τι μειωτήρα να αγοράσω συγκεκριμένα.

Στο internet βρήκα ότι 1hp είναι περίπου 746watt άρα στα 2,7hp θέλω 2014watt συνολικά.

Αφού ένα φωτοβολταϊκό διαστάσεων περίπου 60cmΧ60cm μπορεί να τροφοδοτεί το όχημα με περίπου 50watt, τότε θέλω ένα μειωτήρα 2014w/50w=40,28 φορές. Δηλαδή μειωτίρα 1 προς 40,28 τουλάχιστον. Δηλαδή με 4 μοτέρ των 12,5 watt to καθένα είναι εντάξει;

Κάπου εδώ αρχίζω και τα μπερδεύω τα πράγματα και δεν μπορώ να βρω μια λύση.

Πως λοιπόν θα επιλέξω μοτέρ, μειωτήρες, διάμετρο τροχού με το λιγότερο δυνατό πλάτος πέλματος τροχού;

 

Αν βάλω 4 μοτερ των 10 watt το καθένα και με μειωτήρα που να παίρνει δύναμη 0,01341hp (10wattX0,001341hp/watt=0,01341hp) και να την μετατρέπει σε σχεδόν σε 1hp, τότε το πρόβλημα λύνεται; Με ποια διάμετρο τροχού; Πόσο πρέπει να είναι το λιγότερο πλάτος πέλματος του τροχού;

Θα πρέπει να υπάρχουν και κάποια κυκλώματα για την ρύθμιση του ρεύματος από το φωτοβολταϊκό προς τα μοτέρ και την μπαταρία του οχήματος.

Οπότε πως θα βρούμε την κατάλληλη ισχύ των μοτέρ, την κατάλληλη αναλογία του μειωτήρα, τις κατάλληλες διαστάσεις των τροχών και τις κατάλληλες διαστάσεις του φωτοβολταϊκού;

 

Με εκτίμηση,

Farmer

[VirusX2]

Για να μην φτάσουμε τις 4598 σελίδες να αναλύουμε.. δεν γίνεται αυτό που θες με τις γνώσεις που έχεις ή που μπορεί να αποκτήσεις από μια σελίδα.. Οι υπολογισμοί είναι τουλάχιστον εκτός πραγματικοτητας..

[Farmer]

5 ώρες πριν, VirusX2 said:

Για να μην φτάσουμε τις 4598 σελίδες να αναλύουμε.. δεν γίνεται αυτό που θες με τις γνώσεις που έχεις ή που μπορεί να αποκτήσεις από μια σελίδα.. Οι υπολογισμοί είναι τουλάχιστον εκτός πραγματικοτητας..

Ε! Εντάξει, θα δω τι θα κάνω.

[Farmer]

Τελικά όλες οι απαντήσεις στο ερώτημά μου βρίσκονται εδώ: https://www.quora.com/How-do-I-choose-motor-for-my-150-kg-weight-carrying-robot

και εδώ: https://www.robotshop.com/community/blog/show/drive-motor-sizing-tool

 

[VirusX2]

Φώτισε μας δάσκαλε..

[genesis]

Για τα υπόλοιπα δεν μπορώ να έχω άποψη, σε ότι αφορά όμως στο ηλεκτρολογικό κομμάτι με το φωτοβολταϊκό, τα μοτέρ κ.λ.π., δεν ισχύουν οι υπολογισμοί σου.

Αν θέλεις να σχεδιάσεις και να κατασκευάσεις κάτι τέτοιο από λευκό χαρτί τα πράγματα είναι πολύ δύσκολα γιατί απαιτείται πολύ καλό επίπεδο γνώσεων σε πολλά διαφορετικά πεδία.

Εναλλακτικά θα μπορούσες να μετατρέψεις ένα ήδη υπαρκτό και λειτουργικό παρόμοιο όχημα. Π.χ. ένα μικρό πετρελαιοκίνητο τρακτέρ κατάλληλο για την εργασία που σε ενδιαφέρει ίσως θα μπορούσε να μετατραπεί σε ηλεκτρικό και αυτόνομο πιο εύκολα. Όχι ότι αυτό είναι εύκολο αλλά σίγουρα δεν έχει τις απαιτήσεις του να πρέπει να υπολογίσεις / σχεδιάσεις / κατασκευάσεις τα πάντα.

 

[Farmer]

Αγαπητοί φίλοι,
Αν δεν σας είναι κόπος πέστε μου την γνώμη σας για τα παρακάτω:
Παίζοντας με το Drive Motor Sizing Tool συμπέρανα ότι θα χρειαστώ ένα συνδυασμό μοτέρ με μειωτήρα, που θα πρέπει να είναι περίπου από 8 έως 12 RPM στις ρόδες με ροπή στην έξοδο του μειωτήρα τουλάχιστον από 35Nm έως 90Nm.

Αν συνδυάσω αυτό: https://www.cableworks.gr/ilektronika/arduino-and-microcontrollers/motors/stepper/nema-23-stepper-motor-57sth76-2804a-1.8degrees-19kg-cm-2.8a-for-3d-printer-cnc/?selected_section=product_inquiry

Με αυτό: https://www.ebay.com/itm/173645384664 (με σχέση 1:100)

Γνωρίζεται αν θα επιτύχω τους στόχους μου σε RPM και Nm;

Κάπως έτσι:
https://www.youtube.com/watch?v=C1qBRtPNhrQ

Με εκτίμηση,
Farmer.

[Farmer]

9 ώρες πριν, genesis said:

Για τα υπόλοιπα δεν μπορώ να έχω άποψη, σε ότι αφορά όμως στο ηλεκτρολογικό κομμάτι με το φωτοβολταϊκό, τα μοτέρ κ.λ.π., δεν ισχύουν οι υπολογισμοί σου.

Αν θέλεις να σχεδιάσεις και να κατασκευάσεις κάτι τέτοιο από λευκό χαρτί τα πράγματα είναι πολύ δύσκολα γιατί απαιτείται πολύ καλό επίπεδο γνώσεων σε πολλά διαφορετικά πεδία.

Εναλλακτικά θα μπορούσες να μετατρέψεις ένα ήδη υπαρκτό και λειτουργικό παρόμοιο όχημα. Π.χ. ένα μικρό πετρελαιοκίνητο τρακτέρ κατάλληλο για την εργασία που σε ενδιαφέρει ίσως θα μπορούσε να μετατραπεί σε ηλεκτρικό και αυτόνομο πιο εύκολα. Όχι ότι αυτό είναι εύκολο αλλά σίγουρα δεν έχει τις απαιτήσεις του να πρέπει να υπολογίσεις / σχεδιάσεις / κατασκευάσεις τα πάντα.

Για λόγους πειραματισμού θα πρέπει να μειώσω τις απαιτήσεις μου και για να πετύχω μια πρώτη κατασκευή αναγκαστικά θα χρησιμοποιήσω μια ανάλογη μπαταρία αντί για φωτοβολταϊκά.
Η μετατροπή από ένα πχ μικρό βενζινοκίνητο φρεζάκι σε αυτόνομο είναι μια πολύ καλή λύση (η κίνηση στις ρόδες να δίνεται από μικρό βενζινοκινητήρα και ένα arduino να χειρίζεται την οδήγηση του) αλλά για ξεκίνημα δύσκολο. Θέλει πολλά μηχανολογικά
Το δυσκολότερο είναι η ευελιξία στην αλλαγή κίνησης μπρος και πίσω, αλλά και σε αλλά.
Νομίζω είναι ευκολότερο να ξεκινήσει κανείς με dc motors που θα ελέγχονται από arduino με κάμερα και χρήση machine learning, Deep Neural Networks (classification problems), υλοποιημένα σε julia language
https://www.youtube.com/user/JuliaLanguage
με ένα μικρό intel nuc να επικοινωνεί με ένα ή περισσώτερα arduino και τους ανάλογους αισθιτήρες, τότε μπορεί να πραγματοποιηθούν ένα σωρό πειράματα.
Πχ Αυτόματη χαρτογράφηση του χώρου με σκοπό το σκάλισμα, την σπορά, τη συγκομιδή, και το ράντισμα σε καλλιέργειες.
Έχει ενδιαφέρον!