Salut tout le monde, quelques temps que je ne suis pas venu sur le forum, meme discord je me fait rare ces temps ci car la maison commence a avoir pas mal de retard avec cette fichue pandémie (7 mois que ca patine)!!
Bon toujours est il que je souhaiterais fabriquer une tondeuse autonome, a la base j’avais aperçus et étudier un modèle imprimer en 3D qui tourne sur ardumower, concept très bien fait, simple, peu cher ( encore que la matière petg a un certain coût), et utilisant une électronique plus ou moins largué dès lors que l’on souhaite ajouter une armada de capteurs.
L’idée m’est donc venue de partir sur une base a peu près équivalente mais avec une technologie bien supérieur et surtout de vrai moteurs qui tiennent la distance. Après quelques discutions avec mes collègues de modélisme qui sont tous aussi fondu que moi, nous avons plus ou moins identifier les faiblesses de ce qui se fait actuellement:
- moteurs inadaptés a charbons certes pas cher mais très énergivores et peu fiable dans le temps
- le concept de l’impression 3D c’est alléchant mais le cout de la matière n’est pas négligeable et peu fiable
Une autre discutions avec un membre de la communauté cet après midi m’a fait tourner la tête et a réfléchir a d’autre solutions concernant le châssis et rendre la réalisation accessible a tous bricoleur sans que cela coute un bras. a titre d’exemple un modèle double lame imprimé en 3D c’est 11Kg de PETG!!! rien que ça donc exit l’impression en ce qui concerne le châssis et la carrosserie. Cependant une petite partie pour des supports complexe peuvent nécessité l’utilisation d’une imprimante mais le nombre de pièces serra minimisée au maximum.
D’ailleurs pour la carrosserie j’ai penser a la fabriquer en tissus imbibé de résine pour un gain de poids et de rigidités ainsi que les couts et temps de réalisation bien moins élevées.
Alors avant de continuer dites vous que cela nécessitera un certains cout ne serait ce que pour l’électronique et les moteurs. Attention on serra bien loin des 1000/1500€ de ce que peuvent couter certains modèles de tondeuse tout en étant encore plus performant/fiable.
***tout d’abord l’electronique:
- carte de contrôle pixhawk 2.4.8 avec un firmware ardupilot ( terre/air/eau il sait tout faire ).
Il existe nottament les « cube » qui intègre directement un micro ordinateur equivalent voir plus puissant que les rpi cependant leur prix sont plus élevé mais c’est surtout l’intégration de tous les elements que l’ont paye.
- carte de contrôle des moteurs brushless EXCLUSIVEMENT et sous firmware BLHeli32 uniquement ( prise en charge d’une multitude protocoles évolutifs), ici plusieurs choix selon la taille de votre tondeuse mais ce serra des esc venue du drone et donc 4 en 1 car moins cher et supportant de grande tensions d’alimentation ( jusqu’à 25,2v )
Le firmware BLHeli32 est le seul a pouvoir gérer le double sens de rotation des moteurs (pour les ESCs venant du drone)
- un raspberrypi , odroid, nvidia tx1/2, c’est lui qui se chargera de récupérer toutes données ( position, controle, vidéo, log, etc) et pourras les retransmettre par wifi/bluetooth/RF a votre station de contrôle ( mission planner/home assistant). Il ne serra pas nécessaire pour ceux qui vont utiliser une carte de vol cube. Il faudra le raccorder sur la sortie télémétrie 2 en 921600Mb/s pour accéder au protocole MAVlink via le soft APSync.
ATTENTION!! de bien capter le wifi sur tout votre terrain sinon vous serrez bon pour utiliser une antenne extérieur ou passer en mode radio si vous voulez avoir la continuité des infos sur toute la superficie
- pour ceux qui veulent pouvoir piloter la tondeuse via radiocommande il faudra un récepteur qui gère le Sbus/PPM et de préférence avec retour de télémétrie donc avec un port RSSI, je met en bas de page un lien qui vous renverra sur openTX et vous permettra de pouvoir vous fabriquer vous même votre radio compatible, ceci reste optionnel et peu même être fait directement par la station de contrôle via un gamepad
***les sondes qui pourront etre utilisées:
- capteur de tour de roue: ici 1 capteur a effet hall par roue serra utilisé pour avoir encore plus de précision sur les déplacements de la machine. on pourra coller 2 voir 4 aimants a chaque roue
2 ports AUX de la carte de vol seront utilisé.
- capteur de vitesse de lame: utilisation de capteur effet hall ou optoélectronique en cours d’étude car il est toujours bon de savoir si elles ne tournent pas trop vite ou pas assez mais cela demande un port AUX supplémentaire et il risque de ne pas y en avoir assez.
- capteur de boucle pour délimiter les zones de tonte: ce serra du même principe que le capteur effet hall mais mais l’aimant est remplacé par un generateur de signaux, il y en aura plusieurs disposé sur la face av mais raccordé en série
1 port AUX de la carte de vol sera utilisé.
- capteur de choc frontal: de simples interrupteurs en série actionnés par un pare-choc
1 ports AUX de la carte de vol seront utilisé.
- GPS/ RTK pour le positionnement par satellite: alors ici il y a 2 possibilités, la première ne nécessite qu’un seul GPS quitte a n’en prendre qu’un seul prendre le ublox n8m car il a un magnétomètre intégré, la seconde possibilité est l’utilisation de 2 GPS en parallèle pour avoir une précision qui va de 3 à 10cm, le second gps sera le même que le premier AVEC magnétomètre pour une autre fonction cette fois que l’ont abordera plus bas
le premier gps utilisera la sortie gps et 1 sortie i2c et le second une des sortie UART/série ainsi qu’une seconde sortie i2c pour le magnétomètre
- Lidar 2D 360° pour le positionnement dans l’espace, alors ce capteur est OPTIONNEL ( le prix est assez élevé car la technologie est assez récente ) mais fortement recommandé et peu même remplacer tous les autres capteurs EXCEPTER le capteur de boucle, vous pourrez même vous faire une cartographie précise de votre jardin si le cœur vous en dit ;-), il devra être placé au point le plus haut de votre engin pour ne pas être gêné par quoi que ce soi pour le scan, cependant, ardupilot permet de faire obstruction sur 6 zones de scan.
Il utilisera un port UART, édit: après plusieurs lecture sur forum différent il est possible de se passer de tout les autres capteurs de proximité et même du périmètre uniquement si GPS RTK, donc des essais à faire.
- rpicam sur tourelle PAN/TILT avec 2 servos, cela reste optionnel, c’est sur la rpicam que vous installerez le premier GPS AVEC magnétomètre, de facon a voir dans quelle direction vous regardez ( la carte de contrôle possède son propre magnétomètre)
seront utilisés sur la carte de vol: 2 sorties PWM pour le PAN/TILT, 1 entrée I2C pour le magnétomètre et 1 port CSI du RPI pour la raspicam
- pour le réglage de la hauteur de coupe automatique UNIQUEMENT (optionnel): drivers sur port SPI sans capteur TMC2130 ou TMC5160 (ce dernier est préférable car permet de gérer directement la consommation du moteur )
Utilisation du seul port SPI disponible et d’un port AUX
!!!ATTENTION!!! la longueur maximale du fil entre la carte de vol et le driver ne doit pas excéder 10cm
***viens ensuite les motorisations:
- moteurs de tonte ou lames cela va dépendre en grande partie de votre superficie a tondre mais c’est celui qui va tirer le plus sur votre batterie, ils seront tout droit sortie du modélisme aero car ils sont en général a cage tournante (outrunner) ce sont ceux la qui procure le plus grand couple et dieu sait qu’il en faut pour faire une coupe franche a l’herbe, ils accepent aussi des tensions élevées
!!!ATTENTION!!! Pour ces moteurs il faudra programmer un démarrage en douceur dans le firmware BLHeli32 et surtout brider la consommation de 10 voir 15% de l’intensité accepter par vos ESC de façon a assurer le coup pour qu’ils tiennent longtemps
- moteur de propulsion: il en faudra 2 mais cette foie ci des axe tournant (inrunner), je conseil l’utilisation des tailles standard utilisé en rc 1/10 donc RS540 ou 3650 en 25.5T ou 1600kv max et surtout SANS capteur effet hall INTÉGRÉ (sensored) qui seront remplacés par des capteurs effet hall/aimants a chaque roue
!!!ATTENTION!!! il faudra limiter la vitesse maximale des moteurs, selon la tension de batterie que vous allez utiliser risque de faire tourner vos moteurs a une vitesse bien trop élevé pour eux ( la tension maximale supporté est souvent de 12.6v)
- 2 réducteur de vitesse en ligne de la même taille que les moteurs, attention a ne pas aller trop vite il faut être au maximum a 30/35t/min, j’ai fait le choix d’un rapport de 1:720 ce qui donne une vitesse de 20t/min en 12v
diamètre d’arbre d’entrée: 3.175mm, diamètre d’arbre de sortie: 8mm, rapport de réduction au choix et selon vos moteurs
- NEMA17 pour la hauteur de coupe AUTOMATIQUE ( optionnel ) spécification technique en cours d’étude
***transmission de lame de tonte
alors tous les concepts que j’ai vu sans exceptions utilise une transmission direct, et beaucoup de personnes se plaignes de vibrations, moteurs hs et divers problème a cause de ça. J’en ai donc conclu qu’il fallait une transmission par courroie. et la pas 36 solutions ce sont des courroies multi v, cela a plusieurs avantages:
- amortissements des chocs si les lames rencontre une pierre et donc sauvegarder votre moteur
- permet de déporter les masses et donc le moteur dans une boite plus ou moins fermée et mettre a l’abri ce dernier des poussières
- permet de concentrer tout les éléments chauffant au même endroit et faciliter la ventilation/filtration
Une étude devra être faite pour les dimensions et si l’ont utilise une courroie par lame ou une courroie pour l’ensemble des modèles 2 et 3 lames avec 2 moteurs
courroie 4/5/6 PJ au pas de 2.34mm
***le châssis
plusieurs choix seront proposer selon votre taille de tondeuse mais sachez une chose: l’utilisation abusive de pièce imprimé en 3D vous coutera assez cher sans avoir une fiabilité adapté même pour une petite tondeuse
- en premier et le moins cher: un bac europe au format 300X400 pour un petit modèle 1 lame ou 600X400 pour une 2 lames, oui j’en vois qui rigole!! cependant je ne suis pas du genre a jeter mon argent par les fenêtres et préféré tester avec un truc qui coute que dalle et surtout qui coute rien en temps de réalisation, ce serra le premier prototype
- en second et donc une fois passer les premiers tests de bon fonctionnement un châssis tubulaire en PVC-C et j’insiste bien sur ce dernier, il est bien plus costaud que le pvc classique et permettra d’abaisser drastiquement les coût de fabrication aussi bien en temps qu’en argent, certaines pièces plus ou moins technique seront imprimées en 3D et je penses qu’au sein de la communauté nous pouvons nous serrer les coudes et proposer au prix du temps passer/matière et donc SANS profit le peu de pièces qui devront etre imprimées, au pire elles resteront basiques et pourront (je l’espère ) être réalisées dans d’autres matières comme le bois ou autre.
- il faudra intégrer le réglage de la hauteur de coupe au niveau des roues manuelle ou automatique via une tige filetée ou vis sans fin d’imprimante3D
***la carrosserie
alors comme au dessus plusieurs choix possible selon vos capacités et outils que vous avez sous la main:
- en premier et je penses que c’est la meilleur des solution l’utilisation de tissus genre nappe ou drap en COTON, oui je précise la matière du tissus car il y a un risque d’incendie a cause des batteries et chaleur, on en est loin mais mieux vaux prévenir que guérir, ce dernier serra imbibé de résine bicomposant, c’est super simple a faire, très léger et surtout très fiable car on peu aussi renforcer avec d’autres matières.
- alors j’ai vu certains qui font aussi ça avec du papier mâché peint puis vernis pour donner des formes relativement complexe, alors je ne sais pas ce que ça vaux mais le rendu peut être inintéressant
***les lames de tonte
la aussi plusieurs choix selon votre superficie/budget etc mais sachez qu’il en va de votre sécurité ainsi que celle de vos proches
- en premier les vraie lame de tonte qui devront être au diamètre de 200mm max, il en existe plusieurs sorte et je priorise ce qui peu être acheter directement en magasin, j’ai sélectionner les lames automower d’une célèbre marque car fiable
- viens ensuite les disques avec petites lames mais je trouve ce concept plutôt fragile
Voila donc ou j’en suis sur la sélection des différents mode de fabrication/conception j’ai pas mal d’idées en tête et j’attends avec impatience l’arrivée de mes moteurs pour commence mon premier proto en bac europe. vous avez des idées/suggestions a proposer hésitez pas le forum est la pour ca, il y aura plusieurs modèles en propositions selon le nombre de lame de 1 à 3 lames.
Je n’ai pas aborder le sujet des batteries car j’ai la aussi plusieurs idées comme l’utilisation de batteries d’outil portatif ou batterie plomb voir batteries de modele rc.
Avoir une tondeuse autonome c’est bien mais sans station de charge ca fonctionnera pas il faut, cette station aura plusieurs fonctions:
- recharge de la batterie
- émission d’un signal sur le fil de périmètre
- si grand terrain répéteur WIFI
- détecteur de pluie
- mise en sécurité de la tondeuse
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le firmware très connu du monde rc et plus particulièrement les drones d’exploration j’ai nommé Ardupilot: ArduPilot Documentation — ArduPilot documentation
Le salon discord d’ardupîlot: Discord -
le firmware des esc BLHeli32, il n’y aura en théorie rien à faire car les esc sont déjà flasher avec ce dernier: BLHeli/BLHeli_32 ARM at master · bitdump/BLHeli · GitHub
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le logiciel de pilotage depuis la station au sol mission planer: GitHub - ArduPilot/MissionPlanner: Mission Planner Ground Control Station for ArduPilot (c# .net)
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second logiciel de contrôle au sol SANS AUTOMATISME Qgroundcontrol: http://qgroundcontrol.com/
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une page qui explique le fonctionnement du capteur et émetteur de périmètre:
Perimeter wire – www.wiki.ardumower.de -
la page de OpenTX ou vous trouverez une mine d’information pour vous fabriquer une télécommande compatible ou flasher une que vous possédez déja en ajoutant une multitude protocole: https://www.open-tx.org/
Si vous regardez bien la plupart des composants viennent du modélisme et en particulier les cartes de vol/servos/moteurs. Donc ne jetez pas vos anciens véhicules R/C, leur électronique peuvent peut être vous servir.
On remarque aussi que les possibilités que nous mettent a dispo les développeurs je n’en reviens pas moi même, il va sans dire que cela va prendre un certains temps a mettre en route cet engin, il y a beaucoup d’information a prendre en compte, et pas forcement facile donc maitre mot: garder son calme.
Il y a aussi plusieurs corps de métier qui vont être réunis ici, gardez votre calme mais surtout surtout la sécurité avant de vous mettre a l’œuvre, ce ne sont pas forcement des choses que les gens on l’habitude faire et ne prennent pas forcement en compte les risques.
Hésitez pas a faire des propositions si vous voyez quelques chose qui manque ou ne conviendrais pas.
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