DIY電動割草機自動化之比較研究 @ 史坦利Stanley程式Maker的部落格

1> 自動割草機器人 undefined

本研究為自動割草機器人，此研究之發展主要目的是為了能夠節省割草工作之人力資源與大量能源與時間的損耗，以促進生活便利與進步。旨為發展自動化控制集環境感測與執行路徑規劃自動導航之智慧型割草機，系統控制晶片主要以 Arduino晶片負責系統控制與訊號處理，包含有機器人行走的控制，結合超音波與紅外線偵測障礙物的距離，以 GPS 系統來定位割草的路線與範圍，使用電子羅盤量測機器人目前所在的方位，加速度感測器計算行走的距離，配合馬達上的編碼器計算馬達轉速來校正機器人所在的位置，影像處理偵測障礙物大小與顏色辦別，割草導桿輔助輪使割草機的刀片能貼近地面一定的距離，提高割草的品質[1]。
個人心得: 這個不錯值得學習，但成本應該也不少，技術不容易達成。
影片介紹連結

<2> 自製電動割草機
自己製作一台充電式割草機
1.馬達採用汽車水箱散熱風扇馬達改裝(好處是:轉速快.重量輕.體積扁小)
2.手持棒是用廢棄不用的拖把鋁桿
3.電池是自製DC-15.8V鋰電池(電力強.重量輕.但是貴)
4.電池可用一般市售DC-12V乾式電池(重量較重.但價格便宜)
5.割草使用牛筋繩
6.使用後心得:採用鋰電池.電力約可除草2小時[2]。

<3> 我也來一發-自製除草機
主要元件表列
1. 風扇馬達
2. 65AH的電瓶
3. 鋼索，牛筋繩
實驗結果: 鋼索效果不理想，牛筋繩可以。[3]

<4> [ 分享 ] 電動除草機DIY鋰電版 (圖多)
主要元件表列
1. 風扇馬達
2. 18650鋰電池
3. 風扇 + 牛筋繩
實驗結果: 18650當電源，效果不理想 [4]

<5> autoCut undefined

功能描述

autoCut is an automatic lawn mower. The goals are:
- Fully automatic operation
- Battery changing station instead of charging
- Long term: Do not drive through the garden in a random manner but with a plan.

詳細規格

- Four weel drive with kink steering
- Electric mowing height leveling
- Two 85 watt mowing motors, each equipped with two very sharp blades, able to snap back on hard obstacles
- On the fly interchangeable LiPo-battery with voltage monitoring, about 1 hour of battery live on active mowing
- Wifi network connection for web interface which includes gamepad/joystick remote control
- Modular electronics: a cuple of modules, connected with a power- and I²C-bus with a Raspberry Pi as master

元件列表

1 × TP-Link USB Wifi dongle with wide range antenna
1 × Power supply module
provides UBat, 5V; Battery voltage monitoring, 5V fallback system, fuses
1 × Driving module
4 H-Bridges, Back-EMF speed measurement; hinge angle measurement, automatic drive regulation
1 × Mowing module
2 H-Bridges + ADC for electronic mowing heigt setting, 4 FET driven PWM channels with Back-EMF for mowing motors
2 × 14.8V 5Ah rechargeable LiPo batteries
Main power supply
2 × 5V USB power bank Fallback for the system to run even if main batteries disconnected (change batteries)
4 × 6-24VDC geared motors for driving (CHM-2435-1) - 45 RPM 24 VDC GEARMOTOR
2 × 12VDC mowing motors (CHM-2435-1)
1 × 12VDC geared motor for setting mowing height
http://www.pollin.de/shop/dt/MjM1OTg2OTk-/Motoren/DC_Getriebemotoren/DC_Getriebemotor_mit_Spindel_200680_12_V_rechts.html

影片介紹連結

<6>How to Make a Mini DIY LAWN MOWER / Tutorial

没提到電池及馬達規格,但使用電鑽頭及刀片當做割草刀片

<6>DIY Lawn Mower – An easy and affordable way to build a grass cutter

特點: 遠端遙控,簡單,但無說明如何建構

<7>Tertill: The solar powered weeding robot for home gardens

http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4573352/Solar-powered-Tertill-robot-autonomously-weeds-gardens.html

特點: 使用鋰電池，太陽能/USB充電、防水、藍芽手機通訊、自動化且小巧的除草機器人，尺寸為21*21*12.1公分，重量為1.1公斤，它隨時在你的菜園巡邏清理雜草，目前整個專案正在集資建構中，早晨專案每個價格大約6000元且要到2018年才可拿到貨。

<8>高精度機器人割草機

特點: 定位精度是它的一大特點，可以誤差±5cm在預設路線上運行，這臺機器人應用了稱為RTKLIB的資料庫，其集合了GPS等全球定位衛星系統資料。文中也談到了決定定位基準點的方法。

<9>這個戶外「機器人」已經學會了躲雨(Worx Landroid)

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特點:

這款機器人割草機尺寸是370 x 260 x 550 mm，重量約為8.3kg。外形酷似一輛電動遙控車，通過底部的三片鋒利的旋轉刀片和內置的各種傳感器，Worx可以輕鬆地穿越和修剪各種草坪。Worx割草機非常的智能化，它不僅能穿越狹窄的通道，更能輕鬆爬過超過20度的斜坡。另外，它還會自動調節割草深度。一般情況下用戶可以根據需求設置2-6cm的割草深度。如果是在坡上運行，Worx會自動調節參數，將每一寸草都修剪得平整一致。並且它所經過的每一次你地方不會留下任何軌跡。Worx內置機械規避傳感器，當它碰到石頭、玩具、或會損壞刀片的障礙物時，會自動的改變運作軌跡。更有趣的是，它還能感知雨水。若天空突然下起大雨，它便會自動停止工作，開到旁邊躲雨，而一旦天空放晴，草地不再濕漉漉時，它又會開始工作。

但是操作上相比機器人吸塵器可能稍稍麻煩一點，使用前需要進行預編程以及在草坪上鋪線規定好作業範圍（最好是將線埋在地下），定好充電基座。不過，一切準備就緒後，Worx工作起來就非常簡單了。每次只需啟動開關，在機身的命令板上規定好工作行程，發出割草指令，它就可以開始工作了。

<10>省力割三用改裝割草機

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<11>Cut Your Grass with a DIY Robot Lawn Mower!

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元件列表:

RGB sensor

OLED display

Lithium ion batteries

Wheels

Wood

Motors -DC 12V 25 RPM

Ultrasound sensors

Arduino Mega Arduino Mega 2560

問題或特色:

(1) 使用 Lithium ion batteries , 充電及持續力是一個問題。
(2) 没有詳細的規格

<12>ARDUMOWER - DO IT YOURSELF ROBOTIC MOWER!
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Powerful gear motors and mower motor
Wireless configuration, monitoring, debugging of your robot mower via Bluetooth (Android App)
Mowing programs: random, lane-by-lane mowing using a map (in development)
Robot dimension (L/B/H): 60x36x25cm
Robot total weight: approx 9 kg (including all components - motors, battery, PCB etc.)
Adjustable mower motor height
Mowing motor: 24V DC, 3150 rpm
Mowing disc: 190mm diameter, 3 blades
Wheels: 250mm diameter
Gear motors: 2 x DC 24V planetary drive, 33 rpm, 2.45 Nm(24.9 kg-cm), with integrated encoders
Battery: Lithium-Ion 29.4V
Obstacle detection via motor current
Optional: perimeter wire, intelligent bumper sensor, ultrasonic-sensor, GPS, IMU, charging station, model R/C control, positioning system via camera or UWB (in development)

問題或特色:

(1) OPEN SOURCE & 可買零件自行DIY
(2) 仍要使用perimeter 的方式,比較費工
(3) 國外購買,所以維修是一個問題

<13>THE LAWNMOWER ROBOT

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Tracks and wheels: Procured from Commercial market (check here)
DC geared motors (2): for Driving wheels type: ( jga25-370-12V-120)
120 RPM with high torque reaching 8 kg.cm
Brushed DC gear motor (1): For blades (6-24 V/0.240A/ 11 000 RPM) MO103 ELAK electronics
High RPM low torque motor.
Cooling fan (1): as Heatsink (12 volts)
Ultrasonic Sensors (2): 1 parallax ping, 1 hc sr04. or the use of 2 hc sr04 is possible.
Battery 12V DC - (1)
Arduino-Mega (1)
Adafruit motor shield Version 1 : driving 4 dc motors, and can withstand maximum current of 2 Amp per channel
6P toggle switch (1)
Tactile Bump Sensor (2)

<14> lawna - A robotic lawnmower

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The Cutting Motor: 12VMFA 457 540/1 motor (12380 RPM 152.2 g-cm,21W) ,(規格)
Blade Height: optimistic Height : 4CM, realistic value : 10CM
Banebot wheels and chose the large 124mm wheels.
drive motor : MFA 918D250112/1, (load) speed of 7000 rpm and it is driving a 250:1 gearbox. The geared down speed is therefore 7000/250 = 28 rpm.
Mower Locomotion Speed: The wheels(5 inch) used are 128mm in diameter, so in one revolution they will move pi * 128 = 0.4 metres. This speed is 28 * 0.4 = 11.2 metres/min or 19 cm/sec so it will take approximately 5 seconds to travel 1 metre.
Battery Monitoring range: 3.45 volts.~4.99 volts.
Modifications to the Cutting Motor: 21W=>6W , 6 Watt device with a 6:1 gearbox which gives it a torque of 392 g/cm and 2100 rpm , ( lower speed of rotation )

問題或特色:

1. 很詳細的描述實作過程,好的文章
2. 作者考慮電力的持續性，改變馬達從高速低扭力到低速中扭力，值得參考。
3. 20131213的文章没再更新了。

<15> 邁向農業4.0 德國研發雷射除草機器人

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德國政府的EXIST種子基金創業計畫。藉由EXIST計畫，波昂大學的教授與學生組成了創業團隊，設計出能精準以雷射光除草的機器人，這項研究計畫也成為國際產學合作成功的經典案例。除草機器人具有照相辨識系統，就像農民的眼睛，能夠精準辨認田間草相；經過電腦運算後，搭配雷射裝置，便以雷射光「砍」斷雜草。被雷射光照射過的植株，莖桿變得脆弱導致生長受阻，最後死亡。更棒的是，這系統還能搭載至各式各樣的移動式農機具，讓各種機具都變成「除草機器人」。

<16>除草坦克！30 度斜坡、高低起伏都難不倒　日研發 3 輪驅動除草機

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《日刊工業新聞》報導， MR-300 除草機長、寬、高分別為 84.5 公分、52公分、36 公分，重量達 15 公斤，最大作業面積可對應至 3 千平方公尺，需要鋪設區域纜線。其最大的特性在於透過 3 輪驅動，能夠攀爬 30 度的斜坡、作業於凹凸不平的土地，密集、有長度的雜草都能一網打盡。

搭載超音波感測器和觸摸感測器，當靠近障礙物時會自動減速。舉例來說，於障礙物周圍或密集雜草區進行除草作業時，可以絲毫不遺漏的完成任務，且不傷害到樹木等周圍的物體。由於未搭載引擎，因此得以零排放二氧化碳。

而 MR-300 除草機採用鋰離子電池，充飽電可使用約 1 個小時。值得一提的是，能夠透過手機確認充電所需時間和運作時間，還可設置密碼，避免遭到偷竊。考慮到使用者的安全，當抬起除草機本體時，刀刃和輪子皆會即時停止。

不僅如此，用戶還能夠選擇加購太陽能板零件安裝於充電器上。然而，目前該除草機售價、上市日期皆未公布。

<16>英國 Gtech 小綠充電式無線割草機 CLM001

商品特色
- 強勁電力充飽電可使用40分鐘
- 免油耗無線阻礙，暢快享受除草的樂趣
- 精密碳鋼刀片和強力馬達
- 輕鬆按壓啟動鎖後按壓啟動桿即可開始除草，放開即停
- 雙重安全鎖設計，避免機器誤觸運轉
- 隨心所欲調整除草高度3cm-8cm
- 寬幅度43cm大範圍除草
銷售重點
- 強勁電力充飽電可使用40分鐘