Removal of Audible Resonance from Turf Tank Line Marking Robot & Design of All-Wheel Drive Robotic Lawn Mower
Translated title
Fjernelse af hørbar resonans fra Turf Tank linjemarkeringsrobot og design af firehjulstrukket robotplæneklipper
Authors
Jeppesen, Daniel Sylvester ; Tygesen, Mads Trygve ; Morley, Peter
Term
4. term
Education
Publication year
2025
Submitted on
2025-05-30
Pages
128
Abstract
This project was carried out with Turf Tank, a company known for line-marking robots that is moving into industrial-grade robotic lawn mowers. Their mower currently in development is large and efficient on open areas, but not suited to very rough ground, such as parts of a golf course, or to tight spaces between trees. To complement it, this thesis develops a smaller, all-terrain mower to handle tasks the large model is not designed for. Before that, two issues in the line-marking robot are addressed so they are not carried over: loud audible noise and ground damage. Investigation shows the noise comes from chassis resonance excited by the motor control. To avoid costly mechanical changes, a software approach is used: the velocity estimate is improved, the controller is tuned toward a first-order response where possible (for smoother, more predictable behavior), and filtering is applied to the velocity estimate to suppress resonant frequencies. This removes the audible noise and increases controller responsiveness, yielding a small overall performance improvement. Ground damage is traced to wheel slip (wheels spinning and scuffing the surface), which the mower design aims to avoid. These lessons are transferred to Turf Tank’s mower design and the prototype in this project to prevent the same issues. The small mower emphasizes off-road capability and cutting quality. It uses all-wheel drive and suspension, and an articulated steering layout is chosen to enable zero-radius turns with low mechanical complexity. To control this, a system model is built and a nonlinear, state-dependent controller is developed (control that adapts to the machine’s current state). A suspension model is also created to assess performance impacts and to tune the suspension. Finally, the mower is tested at Aalborg golf course, where it achieves satisfactory cutting quality and meets most requirements. The project identifies several lessons that can guide further development, as outlined in the future work chapter.
Projektet er lavet i samarbejde med Turf Tank, som udvikler linjemarkeringsrobotter og ønsker at udvide til robotplæneklippere i industrikvalitet. Deres nuværende klipper under udvikling er stor og hurtig på åbne arealer, men egner sig ikke til meget ujævnt terræn, som på dele af en golfbane, eller til snævre passager mellem træer. Derfor udvikles i dette projekt en mindre, terrængående klipper, der kan løse de opgaver, den store model ikke er designet til. Først adresseres to problemer i Turf Tanks linjemarkeringsrobot, så de ikke videreføres: kraftig hørbar støj og terrænskader. Støjen viser sig at stamme fra resonans i chassiset, der bliver exciteret af motorstyringen. Af omkostningshensyn ønskes ingen mekaniske ændringer, så løsningen laves i software: hastighedsestimatet forbedres, reguleringen tunes mod en førsteordensrespons hvor muligt (for en mere forudsigelig og rolig opførsel), og der filtreres i hastighedsestimatet for at dæmpe de resonante frekvenser. Resultatet er, at den hørbare støj fjernes, samtidig med at regulatorens reaktionsevne øges. Robotten får en mindre samlet præstationsforbedring. Terrænskaderne spores til hjulslip (hjul, der spinner og skærer i underlaget), hvilket derfor aktivt undgås i klipperdesignet. Erfaringerne overføres til Turf Tanks klipperdesign og prototypen i dette projekt, så de samme problemer undgås. Den lille klipper fokuserer på offroad-egenskaber og god klippekvalitet. Den får firehjulstræk og affjedring, og en ledstyringskonfiguration vælges, som giver nulvendinger og lav mekanisk kompleksitet. For at kunne styre systemet laves en model, og der udvikles efterfølgende ikke-lineær, tilstandsafhængig regulering (styring, der tilpasser sig maskinens aktuelle tilstand). Derudover udarbejdes en affjedringsmodel for at vurdere effekten af affjedring på ydeevnen og for at kunne tune affjedringen. Til sidst testes klipperen på Aalborg Golfbane. Her opnås tilfredsstillende klippekvalitet, og de fleste krav opfyldes. Projektet giver flere læringspunkter, som kan bruges i den videre udvikling, som beskrevet i afsnittet om fremtidigt arbejde.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]