De FRED007
'De grijper die alles (F)redt'
Allereerst heet ik u van harte welkom op onze website!
Als onderdeel van het vak ‘Technische Systemen’ is deze website opgezet.
Op deze website kunt u meekijken met het proces van ontwikkeling van ons project.
De opdracht was, in het kort, dat er een grijper gebouwd moest worden die een bekertje vast moet kunnen grijpen en deze 250mm moet kunnen optillen.
De informatie die bekend was vindt u hieronder:
-Beschikbaarheid over 2 kleine en 1 grote pneumatische actuator (specificaties zijn op te zoeken)
-Mogelijkheid tot lasersnijden
-De beker moet 250mm opgetild worden
-De beker weegt max. 0.5kg
-De inhoud van de beker kan eventueel uitsteken (bijv. een rietje)
Door het feit dat er vrij weinig bekende informatie was gegeven, werd het al gauw duidelijk dat er een flexibel ontwerp moest komen. Hoe dit verder tot uiting is gekomen, leest u verderop op de website.
Dan rest alleen nog u veel leesplezier te wensen.
Met vriendelijke groet,
Groep WB007
Het Principe
Hierboven is de video van de Fredgrijper te zien. De grijper werkt als volgt: Om de beker vast te pakken wordt de eerste actuator geactiveerd. Deze wordt ingetrokken, wat als gevolg heeft dat de grijpzijdes van de grijper, dus de latex banden, naar elkaar toe bewegen. De latex banden zullen zich naar de beker vormen. Hierdoor wordt het contactoppervlak vergroot, waardoor er dus meer wrijving optreedt.
De grijper
Het optilmechanisme
Om de grijper omhoog te bewegen is gebruik gemaakt van gordijnrails. De grijper zit hieraan bevestigd door middel van een houten plankje. Het systeem beweegt omhoog doordat de tweede actuator geactiveerd wordt. Deze zit bevestigd aan een katrol, die door beweging van de actuator rond gaat draaien. Aan deze katrol zit een tweede katrol bevestigd. De tweede katrol heeft 2,5 keer zo'n grote diameter als de eerste katrol, waardoor de verplaatsing van de actuator 2,5 keer zo groot wordt gemaakt. De verplaatsing van de actuator (in- en uitschuiven) is 10 centimeter, dus deze wordt 25 centimeter. De tweede katrol zit bevestigd aan de grijper, die, over de baan van de gordijnrails, omhoog bewogen wordt.
Hierboven ziet u de krachtenanalyse van ons uiteindelijke ontwerp.
Specificaties
Na de grijper getest en gemeten te hebben zijn de volgende specificaties bekend geworden:
-Tilt tot 0.65 kg
-Tilt 250mm hoog (in theorie)
-Kan bekertjes grijpen met verschillende diameters (45mm tot 85mm)
-Werkt met één grote en één kleine actuator
-Kan bevestigd worden aan de plaat met vier moertjes (rails) en één moer voor de katrol.
De afmetingen van de grijper zijn te zien in de volgende afbeelding:
De afmetingen
Het Ontwerpproces
Hoe komt de grijper tot stand?
Het geen dat allereerst moet gebeuren bij elk ontwerpproces is het vaststellen van de eisen. Waar moet het eindproduct aan voldoen? In het geval van dit project ging het om een grijper die iets moet vastpakken en optillen. Het is dan slim om eerst alle bekende informatie op een rijtje te zetten:
-Er moet een beker vastgegrepen worden van een onduidelijke grootte
-Er zijn 2 kleine en 1 grote pneumatische actuatoren (specificaties zijn op te zoeken) beschikbaar
-De actuatoren kunnen 10cm uitschuiven
-Er is mogelijkheid tot lasersnijden
-De beker moet 250mm opgetild worden
-De beker weegt max. 0.5kg
-De inhoud van de beker kan eventueel uitsteken (bijv. een rietje)
Zodra de informatie duidelijk is, kan het geanalyseerd worden en kunnen er problemen worden opgesteld.
De problemen krijgen een weegfactor mee en worden uitgezet tegen mogelijke oplossingen in een morfologisch schema. Hierin is overzichtelijk te zien welke oplossing, of soms welke combinatie van oplossingen, het beste is voor het probleem.
morfologisch schema
Hieruit werden individueel verschillende oplossingen gekozen en als één ontwerp geschetst:
De grijper getekend door Bruce
Dit ontwerp werkt door middel van twee actuatoren. Elke actuator zit bevestigd aan een kant van de grijper. De actuatoren kunnen scharnierend bewegen aan beide bevestigingspunten. Het grijp gedeelte van deze grijper bestaat uit schuim, wat zich naar de grijper zal vormen.
De grijper getekend door Pim
Dit ontwerp werkt als hetzelfde principe als een tang. De actuator zit bevestigd tussen de twee uiteinden van de tang. Het grijp gedeelte van deze grijper bestaat uit gespannen elastiek, wat zich naar de beker zal vormen.
De grijper getekend door Larissa
Dit ontwerp werkt door een plaat waar een andere plaat scharnierend aan vast zit. De actuator zit vast aan de scharnierende staaf door middel van twee scharnierende stangen die beide aan een andere plaat vastzitten. De scharnierende staaf beweegt door de actuator te activeren.
Zo is er een ontwerp ontstaan, dat is de schets van Pim geworden.
Na kritisch analyseren is bovenwater gekomen dat de grijper enkele tekortkomingen had in zijn ontwerp. Belangrijk is deze op te lossen voordat er over gegaan wordt tot fabricage. Het ontwerp ging uit van een actuator tussen de twee poten van de grijper, het probleem wat zich dan voordoet is dat de grijper niet meer symmetrisch sluit. Bij het oppakken van een beker met mogelijk vloeibare inhoud is het natuurlijk belangrijk dat hij niet schudt en dus recht opgepakt wordt.
Vanuit hier werd dus opnieuw een reeks oplossingen bedacht voor het gevonden probleem. Dit leidde tot het definitieve ontwerp, gereed voor fabricage.
De grijper
Om de onderdelen te verkrijgen was er de optie tot lasersnijden. Hier is dan ook gebruik van gemaakt. Na het maken van een template in ‘MS Visio’ waren de onderdelen klaar om gemaakt te worden. Het is omdat er maar één mogelijkheid was tot lasersnijden slim om een aantal reserve onderdelen te maken voor het geval iets stuk gaat, of je onverhoopt iets moet aanpassen.
MSVisio template
Er zijn altijd een aantal factoren die niet voorspeld zijn, of op de verkeerde manier voorspeld zijn, waardoor je met testen tegen problemen aanloopt. Dit was ook met dit project het geval. De grijper glijdt niet soepel omhoog door de ophanging van de grijper aan het optilmechanisme. Gelukkig was dit snel verholpen door het tactisch plaatsen van een balk en het iets anders bevestigen van het optilmechanisme.
Zo kom je aan het einde van een ontwerpproces met een goed doordacht ontwerp dat volledig getest en aangepast is.
De grijper
Evaluatie
Wat er goed is gegaan:
Het ontwerpen in groepsverband ging over het algemeen erg soepel. Op het moment dat problemen ontstonden in het ontwerp werden deze na kort brainstormen snel opgelost. Er werd naar elkaar geluisterd, op elkaars ideeën werd kritisch gereageerd en er was een fijne werksfeer. Hoewel de opdrachten uit het blokboek vaak per persoon verdeeld werden, werd het ontwerpen van de grijper centraal gedaan, wat er voor zorgde dat we allemaal evenveel betrokken waren bij het ontwerp. Ook zijn alle opdrachten ingeleverd voor de aangegeven deadlines. Echt grote problemen tijdens de ontwerpfase waren er dus niet.
Tijdens de fabricage is, hoewel er verschillende problemen ontstonden, goed gewerkt. De meeste problemen die er waren hebben we opgelost door samen te werken en te denken. Er is in eigen tijd gewerkt en er zijn verscheidene uren bij leden thuis doorgebracht om onderdelen te maken.
De uiteindelijke grijper (dus niet het liftsysteem) werkt als verwacht. Allereerst waren de meeste ontworpen onderdelen van het juiste formaat en de actuator paste met wat ringetjes goed in de grijper zelf. Tijdens het testen met de actuator werd duidelijk dat de grijper het bekertje van een halve kilo oppakt en kan optillen, zonder het bekertje te veel te vervormen of de inhoud eruit te laten komen. Het systeem met latex hardschoenen verzorgde dus de juiste hoeveelheid wrijving, zonder te hard op het bekertje te duwen.
Wat er fout is gegaan:
Meteen na het beschikbaar zijn van de laser-gesneden-onderdelen, kwamen problemen aan het licht. Allereest stond in het MS Visio template het logo van onze groep, dit was blijkbaar niet toegestaan en zorgde ervoor dat onze uitsneden als laatste werden geprint, dit zorgde voor wat vertraging.
Nadat in de practicumuren de grijper was getest, werd geconcludeerd dat het liftsysteem niet werkt zoals voorspelt was. Het probleem was dat het zwaartepunt te ver van de muur vandaan lag, wat er voor zorgde dat de wrijving tussen de gordijnrails en het rolsysteem te groot werd. Dit probleem was eigenlijk al vooraf bekend en hiervoor was een extra stuk touw dat de grijper ook in het midden omhoog trekt, meegenomen. Tijdens het practicum bleek er echter te weinig tijd over te zijn om op te kijken waar dit stuk touw precies vast gemaakt moest worden. Ook was er vooraf niet genoeg aandacht besteed aan hoe de grijper aan de actuator en het liftsysteem gemonteerd moest worden.
Een andere fout die gemaakt is, is dat er niet zorgvuldig genoeg is gedimensioneerd, tijdens het testen werd duidelijk dat de klauwen van de grijper in de uiterste stand net elkaar net aantikte, dit moest opgelost worden met wat extra onderdelen en ringetjes. Ook nam het de grijper meer ruimte in dan voor ons ontwerp goed zou zijn geweest. Ons plan om genoeg marge te houden in het ontwerp was te nonchalant en heeft niet (goed) gewerkt.
Tot slot was onze planning niet altijd op orde. Het kwam voor dat sommige delen van het ontwerpproces niet goed waren ingepland en daardoor spontaan en een beetje overhaast moesten gebeuren. Doordat er zo veel kleine verbeteringen gedaan moesten worden, heeft dit veel extra tijd gekost, hierop was niet gerekend.
Wat kan er hieruit geleerd worden:
Als groep is het verstandig om voortaan over het algemeen overzichtelijker te werken, meer te plannen en meer vooraf af te spreken. Er kan veel gewonnen worden door zorgvuldiger de instructie te volgen en deze grondiger te lezen. Voor de volgende keer is het ook duidelijk geworden dat er meer tijd in dimensionering moet worden gestoken en dat dit zorgvuldiger moet gebeuren. Wat betreft het bouwen van een volgende grijper is het verstandig om een ontwerp te maken met lichtere onderdelen en met een zwaartepunt dichter bij het railsysteem.
Contact
Als u nog verdere vragen heeft kunt u ons altijd mailen, of een bericht achterlaten
Bronnen:
Image Fred Flintstone. geraadpleegt op 16 oktober 2015, van http://characters.wikia.com/wiki/File:Fred_Flintstone_Head.jpg
N. andreeva(2012).The flintstones reboot. geraadpleegt op 22 oktober 2015, van http://deadline.com/2012/04/the-flintstones-tv-series-reboot-on-hold-due-to-seth-macfarlanes-schedule-256068/
