Project grijper 2016

Will Grips de Grijper


home img







Specificaties

about img 1


  • VEREISTEN

    De grijper moet vierkante tetrapakken, flesjes en bekertjes met inhoud ≤ 0.5L en massa ≤ 0.5 kg op kunnen pakken
    De grijper moet 150 mm verticaal worden verplaatst
    De grijper moet 100 mm horizontaal worden verplaatst
    Het voorwerp moet worden neergezet op een blok en de grijper moet vervolgens terug naar de startpositie




    Morfologisch schema


    Allereerst hebben we een aantal eisen opgesteld, waar onze grijper aan moet voldoen. Aan de hand van deze eisen, heeft ieder een aantal oplossingen bedacht voor hoe we deze eisen het beste kunnen laten terugzien in de grijper en hebben we de beste oplossingen in een morfologisch schema opgesteld.

    De rode blokken geven de oplossingen aan die de meeste punten hebben gekregen.




    Materiaalkeuze



    De grijper bestaat uit verschillende materialen namelijk: PMMA, hout, bilofix, draadeind, keilbouten, bouten en moeren.
    PMMA, ook wel bekend als acrylaat of perspex, is een transparante, thermoplastische kunststof. Dit wil zeggen dat het materiaal bij verhitting zacht wordt. Niet alleen is PMMA transparanter dan glas, ook is het 25 keer sterker dan glas. Acrylaat is gemakkelijk te bewerken en te vervormen. Bovendien is het een licht materiaal. Om deze redenen hebben we geprobeerd zoveel mogelijk PMMA te gebruiken als er voor ons beschikbaar werd gesteld. Uiteindelijk kwam het er toen op neer dat we er voor gekozen hebben om de grijper zelf en de armen van de scharen uit PMMA te maken, omdat we zo zo efficiënt mogelijk gebruik konden maken van het ons geleverde PMMA.
    Voor de boven- en onderkant van de grijper is hout gebruikt. Hout staat bekend als makkelijk bewerkbaar. Omdat het belangrijk was dat we de platen snel op maat konden maken met simpel gereedschap hebben we gekozen voor hout. In ons wensenlijstje staat dat de grijper zo goedkoop mogelijk geproduceerd moet worden. Door gebruik te maken van hout kunnen we deze wens voor in ieder geval dit gedeelte waarmaken.
    De wielen van onze grijper zijn niet zelfgemaakt maar komen uit een bilofix set. Omdat dit erg stevig materiaal is en ze sowieso goed kunnen rollen is er gekozen deze te gebruiken. Hierdoor hebben we geld bespaard, maar zeker ook veel tijd en moeite.
    Het draadeind is gebruikt om de twee scharen die de beweging omhoog maken te verbinden. Dit was een makkelijke oplossing en tevens erg stevig. De bouten en moeren zijn vanzelfsprekend gebruikt om alle onderdelen vast te zetten.
  • Will Grips de grijper in 3D-animatie




    SCHETSEN




    bar was de druk in de actuatoren

    seconde duurt het voordat de grijper het voorwerp van het startpunt heeft verplaatst naar het eindpunt

    is ons projectgroep nummer

    team, 1 taak

    Grijper bovenaanzicht

    Ontwerpkeuze



    Voordat er een definitief ontwerp is gemaakt van de grijper heeft ieder groepslid een individuele tekening gemaakt. Uit elk van deze ontwerpen zijn een aantal van de sterke punten meegenomen in het definitieve ontwerp. Tevens zijn er tijdens een brainstormsessie een aantal nieuwe concepten bedacht die ook meegenomen zijn in het definitieve ontwerp. Er is gekeken naar welke eisen het zwaarst wegen en welke wensen er waren. Uiteindelijk zijn er een aantal wensen niet meegenomen in het definitieve ontwerp omdat de eisen anders belemmerd werden.



    Zoals in de opdracht te lezen is moet de grijper een verticale en horizontale beweging maken. Het bleek vrij ingewikkeld te zijn om dit uit te voeren met een grijper die aan het frame vast zit, daarom is er gekozen om de grijper op een constructie met wieltjes te bouwen die los van het frame beweegt. Een actuator kan de constructie verticale beweging laten maken. De grijper is aan de voorkant van de constructie bevestigd en wordt omhoog bewogen met opnieuw een schaar. Hoewel de constructie vrij robuust en relatief zwaar is, zijn de manieren om de bewegingen uit te voeren eenvoudig. Dit laatste gaf de doorslag om voor dit ontwerp te kiezen.


    De grijper bestaat uit twee delen die naar elkaar toe kunnen schuiven door gebruik te maken van een actuator. De ene helft kan over een rails naar de andere helft worden geschoven en zo wordt het voorwerp vastgeklemd. Het ene deel van de grijper beweegt dus langs een rails, terwijl het andere deel vast zit.
    Er is gekozen om maar één deel van de grijper te laten bewegen zodat kan worden voorkomen dat de delen van de grijper elkaar niet tegelijk raken waardoor het voorwerp wat wordt vastgeklemd scheef eindigt. Omdat de grijper een bekertje en een pakje moet kunnen tillen hebben beide helften van de grijper aan de uiteinden vierkante blokjes en in het midden een halve cirkel. Op deze manier kan het bekertje gemakkelijk worden opgepakt zonder kapot te gaan. Het pakje wordt vastgeklemd tussen de vierkante delen aan de uiteinden van de grijper.




    KRACHTANALYSE

    Voor het maken van een grijper is een krachten-analyse erg belangrijk. Zonder deze analyse is het onmogelijk te bepalen hoe sterk elk materiaal moet zijn en of de actuatoren alles aankunnen.


    Als we een Free Body Diagram tekenen van het scharenmechanisme van de grijper, dan blijkt dat de arbeid die de actuator verricht, de arbeid van de massa van het voorwerp moet overwinnen.

    Voor de verplaatsing van het gewicht geldt:
    dgewicht = 2*L*sin(x)


    Voor de verplaatsing van de actuator geldt:
    dactuator=0.5*L*cos(x)


    Hierbij is x de hoek van de armen t.o.v. de basis waarbij:
    xmin=(1/18)*pi en xmax=(¼)*pi


    Nu geldt: P*dactuator=G*dgewicht
    P*0.5*L*cos(x)=G*2*L*sin(x)
    P=G*4*sin(x)/cos(x)
    P=G*4*tan(x)


    Omdat we niet precies het gewicht van het bovenste gedeelte weten hebben we met de verhouding gerekend:
    P/G=4*tan(x)



    Uit deze grafiek blijkt dat er voor het eerste gedeelte van de beweging veel meer kracht nodig is voor de verplaatsing omhoog dan voor het 2de gedeelte van de beweging. Dit hebben we opgelost met behulp van elastiekjes, waardoor de kracht P groter wordt.



    Krachten die op de grijparmen werken Krachten die op het platform met wieltjes werken


    OVER ONS & EVALUTIE



    WB37
    Wij zijn Sander, Pim, Rory, Danil, Victor, Marloes en Sanne (v.l.n.r.) en studeren werktuigbouwkunde aan de TU Delft. Samen hebben wij Will Grips de Grijper ontworpen. Wat was de opdracht? Hoe is het design tot stand gekomen? Welk materiaal is er gebruikt? Deze en nog veel meer vragen worden op onze website beantwoord.

    Reflectie & discussie


    Tijdens onze opdracht zijn we tegen een aantal problemen aangelopen. Zo verliep de samenwerking aan het begin van de opdracht af en toe iets minder, en waren er soms communicatieproblemen. Toch zijn deze gaandeweg steeds minder geworden en is ieders houding professioneler geworden. Daarnaast zijn we meer als een groep gaan werken met echt een gemeenschappelijk doel.
    Ook verliep de ontwerpfase van de grijper heel soepel: iedereen kwam met een aantal ideeën en schetsen aanzetten. We hebben daarna vrij snel met z’n allen besloten wat het uiteindelijke ontwerp zou worden. Toch hebben we hier wel wat steken bij laten liggen, we hebben het morfologisch schema niet direct in detail uitgeschreven en niet direct een schets gemaakt van het uiteindelijke ontwerp van de grijper. Mede dankzij het laat verkrijgen van de perspex onderdelen en de ontbrekende schets van het uiteindelijke ontwerp, kwamen we er tijdens het werken in de AWS achter dat het monteren van alle onderdelen nog erg lastig zou worden.

    Hierdoor is het ontwerp door Danil zo aangepast dat de beweging naar voren slechts 10 cm bedroeg, in plaats van de ruim 15 cm door het schaarmechaisme, maar waardoor de andere bewegingen perfect waren. Helaas bleek door het ontbreken van de berekeningen voor de bewegingen, dat de beweging omhoog de grijper te veel kracht kostte. Dit hebben we toen opgelost met elastiekjes, waardoor wij nu trots kunnen terugkijken op een prachtige grijper.

    Voor de volgende keer is het dus belangrijk dat wij ons meer richten op de kleine details van het ontwerp, omdat deze een grote invloed hebben op de werking en omdat zij voor veel stress kunnen zorgen. Ook is het erg belangrijk om precieze berekeningen te maken en om te kijken hoe sommige variabelen invloed hebben op de grijper en om te kijken of alles wel werkt. Daarnaast is het belangrijk om aan het begin van het project een goede planning te maken en om goed met elkaar te communiceren. Ook zullen we ons enthousiasme en teamwork meenemen voor de volgende keer, omdat deze uiteindelijk het belangrijkst zijn en de dingen die fout zijn gegaan oplossen.

    Evaluatie


    De grijper voldeed aan een groot deel van de eisen en wensen. Natuurlijk was er wel nog ruimte voor verbetering. In wat volgt zal besproken worden wat goed was aan de grijper en wat verbeterd zou moeten worden voor een optimale werking.

    De grijper is in staat om vierkante tetrapakken, flesjes of bekertjes met inhoud ≤ 0.5l en massa ≤ 0.5 kg op te kunnen tillen en 150 mm verticaal en 100 mm horizontaal te verplaatsen. Initieel was er zowel voor de horizontale als verticale verplaatsing een schaarmechanisme voorzien. Uiteindelijk is ervoor gekozen om het horizontale schaarmechanisme uit het ontwerp te halen en te vervangen door een actuator die in de bewegingsrichting geplaatst is. Dit was mogelijk doordat de actuator 100 mm in en uit kan schuiven, dit is de vereiste horizontale verplaatsing. Indien een grotere horizontale afstand gewenst is, kan alsnog een schaarmechanisme gebruikt worden.

    De grijper kan het voorwerp neerzetten op een blok en weer naar de startpositie terug bewegen. Het neerzetten van een bekertje en de grijper terug laten bewegen naar de startpositie is in dit ontwerp niet 100% betrouwbaar. Als het bekertje niet glad genoeg is, komt het niet los uit de grijper. Hierdoor wordt het van het blok getrokken bij het weer naar achter bewegen van de grijper. Dit zou opgelost kunnen worden door een elastiek te plaatsen tussen de vingers van de gefixeerde grijphand. Op die manier wordt het bekertje uit de grijper geduwd op het moment dat deze opengaat.

    Bij gesloten tetrapakken en flesjes blijft de inhoud gedurende het proces op zijn plek. Bij open bekers is dit niet het geval. Dit komt doordat alle bewegingen heel plots gebeuren. Door de slangetjes die verbonden zijn met de actuator en gedeeltelijk dicht te knijpen werden de bewegingen vertraagd en gecontroleerd. Dit werkte goed voor de start van de beweging, Om het einde van de beweging te controleren werkte dit echter niet. Dit komt doordat de beweging heel plots gestopt werd. Hierdoor komt het wagentje lichtjes van de grond en vliegt een deel van de inhoud uit het bekertje. Dit probleem kan opgelost worden door gebruik te maken van veren. Deze kunnen dan zo geplaatst worden dat het einde van de beweging geleidelijk afgeremd wordt.

    Uit de krachtanalyse blijkt ook dat er in het begin van de verticale beweging veel meer kracht nodig is om de grijper omhoog te verplaatsen dan aan het einde van de beweging. Hierdoor kan de plotselinge beweging op het einde verklaard worden.
    Uit het testen van de grijper bleek dat dit ontwerp voldoet aan bijna alle eisen en wensen. Mits enkele aanpassingen kunnen alle eisen en wensen bereikt worden.

    Bedankt voor het kijken naar ons ontwerp (en onze site)!