Welkom op de website van groep WB18! Wij, acht eerstejaars studenten werktuigbouwkunde, hebben de eerste acht weken van onze studie aan dit project van technische systemen gewerkt. Dit project hield in dat we een grijper met arm moesten maken. De grijper moest een bekertje/flesje van maximaal 0,5kg op kunnen tillen en dit op een hoger gelegen plateau neer kunnen zetten. Het plateau stond minimaal 150mm hoger en minimaal 100mm opzij van de grijper. Na veel brainstormsessies en nadat iedereen zijn eigen idee had uitgewerkt, hebben we uiteindelijk de beste ideeën bij elkaar gevoegd en hebben we hier onze grijparm mee gemaakt.
We hebben de ontwerpopdracht gesplitst in verschillende fases. Om te beginnen hebben we informatie verzameld over verschillende soorten grijpers. Aan de hand van de vergaarde kennis hebben we een programma van eisen opgesteld en een overzicht gemaakt van het programma van wensen. Deze zijn hieronder te vinden. Door dit te doen konden we allemaal individueel een functioneel ontwerp maken, zodat we zo veel mogelijk verschillende oplossingen zouden krijgen. Deze hebben we met elkaar vergeleken en zo een uiteindelijke keuze gemaakt. We hebben de ontwerpen gekeurd aan de hand van verschillende eisen en wensen zoals de stabiliteit en de kostprijs van benodigde onderdelen. Nu het uiteindelijke ontwerp daar was, konden we gaan rekenen aan o.a. de afmetingen van de armen en de verdeling van het perspex aangezien we een gelimiteerde hoeveelheid perspex hadden gekregen.
Zodra het perspex gesneden was konden we onze grijper in elkaar gaan zetten en hem gaan testen. Dit ging beter dan verwacht en dus zijn we momenteel aangekomen bij de één na laatste fase: Het maken van een website die ons ontwerpproces weergeeft. Zodra de website af is, wordt de laatste fase afgerond, zijnde de “Peer review” oftewel de persoonlijke beoordeling van alle leden.
Bij deze grijper wordt gebruik gemaakt van een grijper met schaarwerking. Tussen de twee armen bevindt zich een actuator die de schaarwerking controleert. Het nadeel hiervan is dat wanneer de grijper terug moet worden gebracht in de uitgangspositie, de grijper verder omhoog moet worden bewogen om te voorkomen dat de grijper het net verplaatste object van de tafel af stoot. De verplaatsing van de grijper wordt geregeld door twee rails. De verticale rail is bevestigd aan de muur en de horizontale rail is bevestigd op de verticale rail. Deze worden bestuurd door één actuator in elke rail die de rail als het ware wegduwt. Het nadeel van dit verplaatsingssysteem is dat het erg instabiel is.
Deze grijper wordt bediend door een systeem waarbij het object gegrepen wordt door twee armen. Wanneer de actuator uitgeschoven wordt, wordt de afstand tussen de grijparmen groter. De reden dat deze grijper niet gekozen is, is dezelfde als die hierboven, namelijk dat de grijparm omhoog moet worden verplaatst als de grijper terug moet worden gezet in de uitgangspositie. Er is voor deze ophanging gekozen omdat de twee horizontale armen de grijper erg stabiel houden en de verticale beweging ook eenvoudig en regelmatig verloopt.
De verticale verplaatsing wordt op dezelfde manier geregeld als bij het prototype van Pieter. De horizontale beweging wordt ook bijna hetzelfde geregeld, echter zit de actuator bij dit prototype vast aan de muur en hangt de grijper met de twee armen in twee verschillende rails. Dit zorgt voor extra stabiliteit maar niet genoeg. De grijper was ook praktisch hetzelfde als bij het ontwerp van Pieter. Dit prototype is niet gekozen vanwege de instabiele ophanging van de grijper.
De grijper werkt met een mechanisme waarin via touwtjes de armen aan de actuator worden bevestigd. Dit systeem heeft als voordeel dat de actuator de grijper opent in plaats van sluit. Dat is een voordeel omdat de knijpsterkte zo beter kan worden geregeld. Het nadeel is dat het ontwerp behoorlijk complex en storingsgevoelig is. In dit stadium werd nog verondersteld dat de verticale en horizontale bewegingen met rails worden gedaan.
Dit prototype werkte met een grijper waarvan de vormgeving ook uiteindelijk is gekozen, de verticale beweging was echter iets unieks. De verticale beweging wordt tot stand gebracht door een harmonica systeem; een aantal elkaar kruisende staven die van vierkant als parallellogram uit elkaar getrokken worden. De horizontale beweging wordt wederom met een rail gedaan. Het voordeel van dit ontwerp is dat de verticale beweging zo groot kan worden gemaakt als je zelf wil en dat je dus niet vast zit aan de 10 centimeter uitschuifruimte van de actuatoren. Het nadeel is dat het ontwerp niet stabiel is, ook moeten de armen behoorlijk sterk zijn.
Dit idee is geïnspireerd door de portaalkranen die men vaak ziet in grote havens. Het systeem werkt als een portaal kraan rijdend over twee rails met in het midden een schaar-grijper. De verticale beweging zou dan direct met een actuator werken, deze is echter te kort om te voldoen aan de opdracht. Een voordeel is wel dat de portaalkraan erg sterk én stabiel is. De hoeveelheid materiaal die nodig is om dit systeem te bouwen gaf echter de doorslag om toch voor een ander ontwerp te gaan.
De grijper is in de vorm van een parallellogram. Het onderste gedeelte is een vast frame waardoor het voorwerp wel in de grijper gezet moet worden. Het linkerdeel van de grijper is een vast scharnier. Het midden en het achterste deel van de grijper zijn losse scharnieren waardoor, als men de actuator kleiner maakt, het bovenste deel van de parallellogram kleiner wordt waardoor het voorwerp er tussenin geklemd wordt. Uiteindelijk is dit ontwerp niet gekozen omdat het voorwerp in de grijper gezet moet worden waar er andere ontwerpen waren waar het voorwerp vanaf een andere plek opgepakt kan worden.
Het idee achter deze grijper is dat de verticale rail aan de muur bevestigd is en de horizontale rail op de verticale grijper. Er bevindt zich een actuator in de verticale rail die de horizontale rail omhoog kan duwen en er zitten twee actuatoren in de horizontale rail. Eén voor de verplaatsing van de grijper en één voor het bedienen van de grijper. Een nadeel van dit ontwerp is dat het erg instabiel zal zijn omdat de hele constructie is bevestigd aan één smalle rail. Ook is de grijper lastig te bedienen aan gezien de twee actuatoren in de horizontale rail elkaar tegen zullen werken.
Nadat u heeft kunnen lezen welke ontwerpen uiteindelijk niet gekozen zijn en welke mensen er aan het project hebben meegewerkt is wellicht de vraag gerezen: waarom is uiteindelijk gekozen voor die ene bepaalde grijper? En hoe werkt deze precies? In de laatste alinea’s van deze site wordt dit behandeld.
Zoals in het begin verteld is, is het hele proces begonnen met een aantal brainstormsessies. Daarna heeft ieder groepslid zijn eigen ontwerp ingeleverd en het gehele team beoordeelde ieder ontwerp op eerder genoemde criteria. De steeds terugkerende 2-vingerige grijper is uiteindelijk gekozen omdat deze bij het loslaten van het voorwerp als voordeel heeft dat de kans minimaal is dat het voorwerp per ongeluk wordt omgegooid. Dit komt doordat de grijper het voorwerp van de zijkant vastpakt en niet van voren of van onderen, zodat het mechanisme daarna meteen terug kan gaan naar de orginele positie. Daarnaast is de grijper simpel en daardoor niet storingsgevoelig of zwaar.
In onze brainstormsessies werd één ding direct duidelijk; rails waren de beste oplossing voor de horizontale verplaatsing. Iemand opperde het idee om de horizontale én verticale translaties van de grijper te verwezenlijken door deze op te hangen in rails en zo een soort grabbelbak-systeem te ontwikkelen. Later zou echter blijken dat met het gebruik van rails het voorwerp niet de benodigde 15 centimeter kon worden opgetild aangezien de actuatoren slechts 10 centimeter kunnen uitschuiven. Daarom is er verder gedacht over een hefboomsysteem om met actuatoren een grotere verticale beweging tot stand te brengen. Het probleem waar het team tegen aan liep is dat bij een starre hefboom de grijper een lichte rotatie maakt die de stabiliteit van de grijper in gevaar zou kunnen brengen. Gelukkig kwam, na een aantal vreemde systemen met scharnieren of extra actuatoren, het idee om met een parallellogram ophanging te gaan werken: voor ons het ‘ei van Columbus’. Een relatief simpele oplossing die het probleem in één keer zou verhelpen.
Zo zijn dus de grijper en haar ophanging tot stand gekomen. De werking is na het zien van het systeem niet zo ingewikkeld. Een perslucht actuator boven de hefboom en een actuator parallel aan de rails geven de grijper haar verticale en horizontale bewegingen. Een actuator tussen de twee benen van het schaar gelijkende mechanisme dat is toegepast voor de grijper doet de grijper open en dicht. En zo hebben we met drie actuatoren een grijper ontwikkeld die aan alle eisen en veel wensen voldoet.
Zoals bij elk proces waren er natuurlijk ook bij ons dingen die goed gingen en dingen die beter hadden gekund. Naast onze serieuze vergadersessies en het speelse opbouwen van de prototypes waren er toch nog een paar verbeterpuntjes. Zo waren de afbeeldingen van de prototypes en andere documenten meestal gemaakt met een simpele telefooncamera, in het vervolg zou het duidelijker zijn om documenten in te scannen. Daarnaast waren van het uiteindelijke model de rails niet exact parallel uitgelijnd, dit zorgde voor veel weerstand en dus een minder efficiënt systeem. De actuator die aan deze rails vastzat was met een wankel boutje bevestigd, een volgende keer zouden we een betere bevestiging voor de actuatoren bouwen. Verder waren de handelingen van de grijper uiteindelijk behoorlijk schokkerig, dit zou voorkomen kunnen worden door bijvoorbeeld reduceerventielen toe te passen. Achteraf kijken wij toch terug op een leuk en geslaagd project, de grijper werkte en we hebben een gezellige periode gehad.
V.l.n.r. Willem, Rick, Niels, Pieter, Wybe, Wilrik, Rens en Tom
Naam | Extra taak |
|---|---|
Pieter | Voorzitter |
Wilrik | Notulist |
Willem | Logboek bijhouder |
Rens | Achterpaneel bouwer |
Tom | Schrijver teksten |
Wybe | Schrijver teksten |
Niels | Editor van video |
Rick | Website programmeur |
