AgOpenGPS

Der chaotische Hauptfaden

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lüsterklemme2000
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AgOpenGPS

Beitrag von lüsterklemme2000 » So 5. Apr 2020, 01:03

Moin,

ich habe mich in den letzten Wochen mal ein bisschen mit dem Thema des autonomen Fahrens im Bereich Landwirtschaft auseinandergesetzt, wobei das auf andere Dinge portierbar ist.

Grundgedanke ist dabei, dass der Trecker, Mähdrescher oder was auch immer GPS-gestützt entlang einer vorgegebenen Kontur fährt und am besten auch noch automatisch Wendet oder sonstige Dinge macht. Sowas kann man natürlich auch vom Hersteller kaufen, aber da bekommt man dann für einen Haufen Geld eine Black-Box ohne Frickelpotential.

Doch in dem Bereich gibt es auch Open Source Projekte, wie Beispielsweise AGOpenGPS - darum geht es heute.

Das ganze ist ein Programm welches unter Windows läuft und von einem GPS Empfänger über einen seriellen Port (oder USB zu Seriell Wandler) die aktuelle Fahrzeugposition entgegen nimmt. Anhand der Position, der Idealllinie, aktuellem Lenkwinkel, Neigung und co wird dann der notwendige Lenkwinkel berechnet und an einen Arduino weitergegeben. An dem Arduino hängt ein IMU (Quasi ein digitales Gyroskop), ein Rollwinkelsensor, der Lenkwinkelsensor und der Motortreiber dran. Der Arduino steuert dann mit den Daten entsprechend den Motortreiber an, an dem der Lenkradmotor hängt (Ein einfaches Reibrad, welches das Lenkrad bewegt).

Frickel war erwünscht, also irgendwann Abends mal einen ersten Prototypen der Elektronik nach dem simplen "Schaltplan" (http://agopengps.gh-ortner.com/doku.php ... otor:start zusammengewürfelt.
Kontrollbox innen.jpeg
Als Gehäuse bot sich Abends nur noch der Pollinkarton an, aber was solls, so war ich wenigstens gezwungen irgendwann was vernünftiges zu basteln, sonst gilt ja "improvisiertes hält am längsten":
Pollin.jpeg
Auf dem Bild liegt auch schon der GPS-Empfänger. Als günstigstes Modell kam erstmal der ublox M8 mit integrierter Antenne zum Einsatz.
Der Lenkwinkelsensor, welcher am Lenkzylinder der Vorderachse sitzt stammt von der Leuchtweitenregelung aus einem Landrover, doch der komische Stecker musste mit viel Silikon gegen einen klassischen Superseal getauscht werden:
WAS.jpeg
Dann noch alles am Trecker mit ausreichend Panzerband befestigt (Außer der Lenkwinkelsensor, der wurde gleich vernünftig angeschraubt) und es war zeit für die erste Testfahrt.
Das Toughbook auf dem Schoß und den Lenkradmotor noch von Hand ans Lenkrad drückend bin ich dann schonmal ohne Anbaugerät übers Feld gefahren, naja geirrt trifft es auch.
Setup.jpeg
Ziel war es erstmal eine halbwegs gerade Linie hinzubekommen, das Ergebnis kann man hier erahnen:
GeradeLinie.jpeg
Wer mich da gesehen hat muss sich auch seinen Teil dazu gedacht haben :lol:
Aber er lenkt, war so die Erkenntnis aus der Probefahrt, wobei da sicher noch so einiges eingestellt werden muss. Zudem ist das GPS auch kacke, der hat allein im stehen schon ein wenig drift und eine ungenaue Position, das geht so nicht.
Also zurück in die Werkstatt, eine Motorhalterung geschnitzt, ein Ardusimple simpleRTK2B ZED-F9P Empfänger mit Antenne aus Spanien bestellt, der sogar zwei Tage später auch da war und, eine Tablethalterung gebaut und den Pollinkarton gegen ein vernünftiges Gehäuse getauscht.
Lenkradmotor.jpeg
Einige Testfahrten später war das Programm soweit eingestellt und die Resultate lassen sich mittlerweile mehr als sehen. Abweichungen im Bereich +-4 cm und schnurgerade Fahrspure, am Vorgewende wenden macht das Programm auch, sodass man fast arbeitslos ist ;) . Die letzten Tage wurde das ganze auch schon zur Zuckerrübenaussaat genutzt und für gut befunden.
Linie.jpeg
Seit letztem Herbst kann man auch beim Land Niedersachsen kostenlos ein Korrektursignal beziehen (RTK), sodass die Satellitendrift bei der GPS Position ausgeglichen wird.
Die Benutzeroberfläche des Programms kann sich mittlerweile auch sehen lassen, das steht den professionellen Lösungen in nichts nach:
AGopen.JPG
Ich mache die Tage nochmal mehr Bilder.
Vielleicht ist ja der ein oder andere auf den Geschmack gekommen, immerhin lässt sich so sehr günstig (im Vergleich zu den käuflich zu erwerbenden Systemen) ein Trecker fast vollständig auf autonomes Fahren umrüsten (theoretisch kann das Programm auch noch Gas, Bremse und Anbaugeräte bedienen). Aber auch auf einem Aufsitzmäher im Garten würde sich sowas gut machen, noch einen Pappaufsteller als Fahrer drauf und los geht es :).
Mehr Infos finden sich z.B. im Wiki dazu: http://agopengps.gh-ortner.com/doku.php?id=start

Schönen Sonntag noch,
Lüsterklemme

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video6
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Re: AgOpenGPS

Beitrag von video6 » So 5. Apr 2020, 01:15

Interessante Sache auf jeden Fall.
Für kleine Kisten schön so das der Rasenmäher allein fahren kann.😀

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Re: AgOpenGPS

Beitrag von berlinerbaer » So 5. Apr 2020, 02:15

Wow, das hört sich ja wirklich vielversprechend an.

Projekte wie den https://www.ardumower.de oder auch eigene, Hoverboard-basierte Vehikel damit aufzurüsten, wird hier sicher einige begeistern.

Besonders, die bereits in diesem frühen Stadium wirklich bemerkenswerte Lenk-Präzision ist ein toller Erfolg.

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Matt
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Re: AgOpenGPS

Beitrag von Matt » So 5. Apr 2020, 07:18

Das Problem mit GPS Drift kann man lösen: Diffential-GPS.
Eine GPS Empfänger und irgendwelchere Sender steht auf bekannte Punkt (es sei denn Ecke von Acker) und sendet ihre Position zur Traktor. Programm kennt Abweichung (da man manuell diese Punkt gesetzt hat) und kompensiert es heraus, fertig.

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Re: AgOpenGPS

Beitrag von ch_ris » So 5. Apr 2020, 07:23

sehr schön!
wofür ist das inclinometer, das macht die imu doch auch?
edit:
die genauigkeit der imu scheint schlecht.
ich präzisiere: die IMU dient dann nur als Kompass?

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Re: AgOpenGPS

Beitrag von lüsterklemme2000 » So 5. Apr 2020, 09:53

Matt hat geschrieben:
So 5. Apr 2020, 07:18
Das Problem mit GPS Drift kann man lösen: Diffential-GPS.
Eine GPS Empfänger und irgendwelchere Sender steht auf bekannte Punkt (es sei denn Ecke von Acker) und sendet ihre Position zur Traktor. Programm kennt Abweichung (da man manuell diese Punkt gesetzt hat) und kompensiert es heraus, fertig.
Genau, den Aufwand mit dem zweiten Empfänger kann man sich aber sparen, seit die Katasterämter ihr Signal zur Korrektur bereitstellen. Da benötigt man nur noch eine Internetverbindung und dann kann man sich die Korrektur von deren Server ziehen.
ch_ris hat geschrieben:
So 5. Apr 2020, 07:23
sehr schön!
wofür ist das inclinometer, das macht die imu doch auch?
edit:
Die IMU dient tatsälich nur als Kompass, wobei auch hier nur die Änderungsrate verwendet wird. Die Richtung wird ansonsten über das GPS, bzw. zwei Wegpunkte (1m auseinanderliegend, kann man aber einstellen) berechnet und nur durch das IMU nachkorrigiert für kleine Wenderadien, wo man nicht genug Fixpunkte vom GPS hat. Das IMU hat ansonsten über längere Zeit zu starke Abweichungen. Das Inclinometer hat hingegen keine Drift und es wird daher verwendet, um die Position des Fahrzeugs zu ermitteln, wenn es schräg steht, da der GPS Empfänger auf dem Dach sitzt.
berlinerbaer hat geschrieben:
So 5. Apr 2020, 02:15
Wow, das hört sich ja wirklich vielversprechend an.

Projekte wie den https://www.ardumower.de oder auch eigene, Hoverboard-basierte Vehikel damit aufzurüsten, wird hier sicher einige begeistern.

Besonders, die bereits in diesem frühen Stadium wirklich bemerkenswerte Lenk-Präzision ist ein toller Erfolg.
Der Vorteil wäre ja auch, dass man nur die Rasenkante einmal abfahren muss und eigentlich keine Schleife mehr außenrum verlegen muss, aber ich weiß nicht, wie gut das System in so einem kleinen Maßstab funktioniert.

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Matt
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Re: AgOpenGPS

Beitrag von Matt » So 5. Apr 2020, 10:15

lüsterklemme2000 hat geschrieben:
So 5. Apr 2020, 09:53
Matt hat geschrieben:
So 5. Apr 2020, 07:18
Das Problem mit GPS Drift kann man lösen: Diffential-GPS.
Eine GPS Empfänger und irgendwelchere Sender steht auf bekannte Punkt (es sei denn Ecke von Acker) und sendet ihre Position zur Traktor. Programm kennt Abweichung (da man manuell diese Punkt gesetzt hat) und kompensiert es heraus, fertig.
Genau, den Aufwand mit dem zweiten Empfänger kann man sich aber sparen, seit die Katasterämter ihr Signal zur Korrektur bereitstellen. Da benötigt man nur noch eine Internetverbindung und dann kann man sich die Korrektur von deren Server ziehen.
Das könntest du in manchere Region vergessen, denn auf manchere Acker gibt kein Handyempfang. Ich kann davon Lied singen (meine Heimat)
Kleine Trost: Acker/Hof in meine Heimat ist relativ klein, dass es nicht wirklich lohnenswert, solchere teuere System nachzurüsten.
Ausserdem werde ich Hof nicht übernehmen.

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Re: AgOpenGPS

Beitrag von Chefbastler » So 5. Apr 2020, 12:27

Matt hat geschrieben:
So 5. Apr 2020, 10:15
lüsterklemme2000 hat geschrieben:
So 5. Apr 2020, 09:53
Matt hat geschrieben:
So 5. Apr 2020, 07:18
Das Problem mit GPS Drift kann man lösen: Diffential-GPS.
Eine GPS Empfänger und irgendwelchere Sender steht auf bekannte Punkt (es sei denn Ecke von Acker) und sendet ihre Position zur Traktor. Programm kennt Abweichung (da man manuell diese Punkt gesetzt hat) und kompensiert es heraus, fertig.
Genau, den Aufwand mit dem zweiten Empfänger kann man sich aber sparen, seit die Katasterämter ihr Signal zur Korrektur bereitstellen. Da benötigt man nur noch eine Internetverbindung und dann kann man sich die Korrektur von deren Server ziehen.
Das könntest du in manchere Region vergessen, denn auf manchere Acker gibt kein Handyempfang. Ich kann davon Lied singen (meine Heimat)
Kleine Trost: Acker/Hof in meine Heimat ist relativ klein, dass es nicht wirklich lohnenswert, solchere teuere System nachzurüsten.
Ausserdem werde ich Hof nicht übernehmen.
Korrektur Signal kann man auch selbst machen. Ein zweiter ZED-F9P kann das, der dann Stationär aufgestellt wird und nen Radius von 20Km außenrum versorgt. Muss nur die RTCM Korrektur Telegramme mit nem Sender an die mobilen RTK Empfänger verteilen.

Ordentliches Datenblatt:
https://www.u-blox.com/sites/default/fi ... 802%29.pdf
Kurz Übersicht:
https://www.u-blox.com/sites/default/fi ... 259%29.pdf

Hab mir letztes Jahr auch mal zwei von den ersten Ublox ZED-F9P zum spielen gegönnt als die noch günstig vorbestelbar waren. :mrgreen:

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Turbine
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Re: AgOpenGPS

Beitrag von Turbine » So 5. Apr 2020, 14:22

Alter krass. :o :o :o

Mit sowas wollte ich mich schon immer mal befassen, aber
dann fehlt halt so der Anhaltspunkt wie man da anfängt
und das Hintergrundwissen.

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Re: AgOpenGPS

Beitrag von lüsterklemme2000 » So 5. Apr 2020, 21:30

Groß Hintergrundwissen braucht man da eigentlich gar nicht. Am Ende kommt es vor allem auf das penible Einstellen der Sensoren an. Besonders sensibel reagiert die Software auf einen leicht verstellten Lenkwinkelsensor. Da muss man sich richtig mühe geben.
Aber um erstmal damit warm zu werden hat die Software auch einen praktischen Simulatormodus, wo GPS Position und Sensorwerte simuliert werden, man aber dennoch schonmal mit den Einstellungen der Lenkungsregelung spielen kann. Empfehlenswert sind dann auch noch die Videos von FarmerBrianTee, da erklärt er auch einige Sachen noch etwas mehr im Detail.

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Re: AgOpenGPS

Beitrag von lüsterklemme2000 » Do 1. Okt 2020, 13:29

So, kurzer Zwischenstand nach längerer Nutzung:
Neben dem zuerst umgerüsteten Trecker wurden auch noch der Mähdrescher und ein zweiter Trecker umgerüstet.

Da beide schon mit hydraulischen Steuergeräten für die Lenkung vorgerüstet waren, muss man hier keinen Lenkradmotor verwenden, sondern kann einfach mittels 3 Magnetventilen die Lenkung übernehmen.

Der Trecker hat bereits werksseitig eine Automatisierung der Ansteuerung von Hydraulik, Zapfwelle, Hubwerk etc., sodass man mit einem Tastendruck eine voreingestellte Sequenz ausführen kann (z.B. Anheben der Drillmaschine und gleichzeitiges Ausschalten der Zapfwelle). Das muss natürlich noch ans GPS geknotet werden :) . Dafür die Armlehne aufgeschraubt, in der der Schalter dafür sitzt und nicht schlecht über den Füllungsgrad gestaunt:
IMG_20200523_145718.jpg
Also den Schalter mit 6 Relais emuliert (ganz komische Schaltreihenfolge) und alles wieder zusammengewürgt. Noch die GPS Elektronik mit Notaus an die Seite geschraubt, Tablet davor und ab dafür:
Fertiges Setup
Fertiges Setup
An der Vorderachse sitzt der Lenkwinkelsensor. Ja der Trecker hat auch Lenkwinkelsensoren, aber ohne Pinout ist man da recht aufgeschmissen.
Lenkwinkelsensor
Lenkwinkelsensor
Aber generell sei gesagt, dass die viele Elektronik in so einem Gerät sehr praktisch ist. Wenn man nicht weiß was für ein Sensor, Steuergerät etc. man gerade vor sich hat, einfach den Stecker abziehen und sich die Fehlermeldung auf dem Bildschirm anschauen :lol: .
Eine softwareseitige Begrenzung der Ölmenge zu den Lenkzylindern war dann aber doch nötig, weil die >160 L/min Hydraulikleistung dafür Sorgen, dass die Kotflügel nicht mehr hinter den Reifen herkommen beim Lenken ;)

Die Genauigkeit des Lenkens ist dank der hydraulischen Lenkung deutlich genauer und schneller. Präzision bis etwa 16 km/h noch im +- 10 cm Bereich wenn man einen Grubber hinter hat. Ohne anbaugerät natürlich etwas bessere Präsision.
Das schöne ist aber, dass er auch Automatisch wenden kann und dank dieser Automatisierung auch Anbaugeräte selbstständig bedient. Also sitzt man wirklich nur noch auf dem Gerät für den Fall, dass irgendwas schief geht und hat ansonsten nichts mehr zu tun :D

Der Mähdrescher bekam eigentlich einen äquivalenten Umbau, also wenig spannend, nur das dieser bereits Lenkrad und Lenkwinkel Encoder hatte, die einfach anzuschließen waren.
Drescher.jpeg
Damit ist die Flotte vollständig auf GPS umgebaut. Die Daten bzgl. bearbeiteter Fläche etc. werden mittels Syncthing direkt ans NAS zuhause übertragen und somit hat man immer auf jedem Gerät aktuelle Karten und bearbeitete Bereiche.
Also definitiv Empfehlenswert die Umrüstung. Einziger Verlierer dabei werden die Spurstangenköpfe sein, weil so häufiger kleine Lenkbewegungen gemacht werden.

Anse
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Re: AgOpenGPS

Beitrag von Anse » Fr 2. Okt 2020, 00:56

Sehr coole Aktion :!:
Über was für Flächengröße reden wird hier eigentlich?

jodurino
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Re: AgOpenGPS

Beitrag von jodurino » Fr 2. Okt 2020, 06:44

Turbine hat geschrieben:
So 5. Apr 2020, 14:22
...

Mit sowas wollte ich mich schon immer mal befassen, aber
dann fehlt halt so der Anhaltspunkt wie man da anfängt
und das Hintergrundwissen.
Hallo
schaut Euch mit Käffchen mal dieses Video an:

https://youtu.be/b575DaMBWog

Ein Vortrag im Bytespeicher Erfurt
Ronnie erklärt wie man auf gut 2cm Genauigkeit kommt.

Für den Garten ok, ob das auf dem Feld so umgeset werden kann müsste man probieren wollen.

cu
jodurino

sysconsol
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Re: AgOpenGPS

Beitrag von sysconsol » Fr 2. Okt 2020, 07:36

lüsterklemme2000 hat geschrieben:
Do 1. Okt 2020, 13:29
An der Vorderachse sitzt der Lenkwinkelsensor. Ja der Trecker hat auch Lenkwinkelsensoren, aber ohne Pinout ist man da recht aufgeschmissen.
Wie lange wird der bei landwirtschaftlichen Einsatz da verbleiben?

Daffid
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Re: AgOpenGPS

Beitrag von Daffid » Fr 2. Okt 2020, 08:00

Ich bin beeindruckt, wirklich sehr beeindruckt von deiner Arbeit.

Ich habe im Bekanntenkreis einen Landmaschinenmechaniker/Techniker/Meister spezialisiert auf John Deere.

Der hat sich auch seine Schlepper mit GPS nachgerüstet Zwei mal JD und einmal den alten Fiat 55 PS Schlepper. Allerdings nicht mit einer selbstbaulösung.

Falls du mal Fragen hast kann ich dir anbieten diese an Ihn weiterzuleiten.

Gruß David

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Re: AgOpenGPS

Beitrag von lüsterklemme2000 » Fr 2. Okt 2020, 08:35

sysconsol hat geschrieben:
Fr 2. Okt 2020, 07:36

Wie lange wird der bei landwirtschaftlichen Einsatz da verbleiben?
Da der Trecker weder im Wald, noch auf Wiesen mit hohem Gras oder ähnlichem unterwegs ist müsste das eigentlich sehr lange halten. Und da er seit der Installation jetzt schon fast alle Arbeitsarten durch hat bin ich aktuell auch noch recht optimistisch. Das blöde bei der Sensorplatzierung ist halt, dass man einen möglichst linearen Zusammenhang zwischen Lenkwinkel und vom Sensor gelieferten Winkel braucht. Und da bleiben dann schnell nicht mehr viele Positionen über. Am schönsten ist da noch der Platz direkt über dem Drehpunkt zwischen Achse und Reifen, nur ist dort schon der Werkseigene Sensor.

Bezüglich der Genauigkeit würde ich schätzen, dass das eigentliche GPS Signal in Kombination mit dem Korrektursignal vom Katasteramt auf etwa 3cm kommt. Und das Korrektursignal ist eigentlich auch sehr zuverlässig, bis auf an zwei Tagen, da war um Punkt 16 Uhr das Signal weg bis zum nächsten morgen (Telefonsupport gibts natürlich auch nur bis 16 Uhr) :roll: . Also wenn man sowas testen möchte würde ich definitiv mit dem offiziellen Korrektursignal anfangen, und wenn das nicht reicht kann man immer noch eine Basisstation basteln.

Also von den einzelnen Flächen ist alles zwischen 1-25 ha dabei. Also nicht die unendlichen Weiten, wo man das Teil morgens hinfahren kann und Abends abholt ;)

@Daffid
Danke dir. Hat er dann das John Deere System nachgerüstet oder irgendeinen Drittanbieter?
Auf das Angebot mit den Fragen komme ich bei Bedarf gerne zurück.

Daffid
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Re: AgOpenGPS

Beitrag von Daffid » Fr 2. Okt 2020, 08:39

@Daffid
Danke dir. Hat er dann das John Deere System nachgerüstet oder irgendeinen Drittanbieter?
Auf das Angebot mit den Fragen komme ich bei Bedarf gerne zurück.
Er hat sich über Ebay und Co und Arbeitsstelle gebrauchte original John Deere Systeme besorgt. Ich glaube, dass zumindest ein Lenkradmotor aber nicht original ist.

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