Welkom

Wij zijn WB58. Hier is ons resultaat:

De leden van onze projectgroep zijn: Pim van Velzen, Oscar van der Ven, Tim de Visser, Bas van Vliet, Gersom Willems en Arjan Zwarts. Wij zijn eerstejaars werktuigbouwstudenten aan de Technische Universiteit Delft. Op deze website kunt u kennis maken met 'Der Greifer'. Alle informatie over het productieproces van de grijper en het eindresultaat kunt u hier vinden. Het productieproces is stapsgewijs uitgewerkt, zodat u ons project van begin tot eind kan lezen. Verder wordt het project ook geëvalueerd. Met dit project zijn wij als eerstejaars werktuigbouwstudenten geïntroduceerd in de praktische kant van onze studie en hebben wij de geleerde theorie in praktijk kunnen brengen in onze opdracht: het maken van een pneumatische grijper die een beker, een flesje en een tetrapak over gegeven afstanden kan transporteren. Tijdens dit project was onze werkplek gesitueerd in de faculteit 3ME.

Ons uiteindelijke resultaat is een goed werkende grijper die aan alle eisen voldoet. De uitgebreide resultaten en foto's van het eindproduct zijn te vinden onder 'resultaten'. Hier kan u voor een korte indruk een video van onze grijper bekijken.

Proces

Geen zin om te lezen, maar wel het proces meemaken? Kijk naar het filmpje:

Informatie inwinning

Om een grijper te kunnen ontwerpen moeten we er eerst meer over te weten komen. Wat zijn nou precies de materialen die we kunnen gebruiken, welke grijpmechanismen zijn er, en hoeveel kracht leveren onze actuatoren? Dit zijn voorbeelden van vragen die eerst beantwoord moesten worden voordat we konden beginnen met nadenken over onze grijper. Onze project docent heeft ons al een aantal dingen kunnen uitleggen, maar ook zelf hebben we onderzoek gedaan. We hebben onder andere onderzocht hoeveel kracht onze actuatoren kunnen leveren. Op het internet hebben we verder het grootste deel van de overige informatie gevonden die we nodig hadden om te kunnen beginnen met het ontwerpen van onze grijper. Filmpjes van grijpers die studenten in andere jaren gebouwd hadden bleken erg nuttig te zijn om een indruk te krijgen hoe zo'n grijper er uiteindelijk ongeveer uit moet gaan zien.

Functionele & productie eisen

Het doel van de opdracht is een aantal verschillende voorwerpen optillen en verplaatsen om de voorwerpen uiteindelijk op een nabij gelegen platform te zetten en de grijper weer terug te brengen naar de beginpositie.
De beweging omhoog moet minimaal 20 cm omdat er meerdere voorwerpen op het platform moeten worden gezet. Het moet dus niet zo zijn dat een deel van het voorwerp boven het platform uitkomt en het onderste gedeelte niet. Het platform is namelijk 15 cm boven de startpositie dan hebben we dus een veilige marge. De horizontale beweging moet minimaal 8 cm zijn. Het voorwerp moet volledig op het platform komen te staan. Het platform mogen wij zelf op een bepaalde plek zetten waar de horizontale beweging van de arm uitkomt. De beginhoogte van de grijper hoeft ook niet per se op de grond te zijn en kan ook op een kleine verhoging beginnen mits de verticale beweging nog steeds 15cm betreft.
De voorwerpen die de grijper moet oppakken zijn: een koffiebekertje (met eventueel lepeltje en rietje erin), een flesje en een tetrapak. Het totale gewicht dat de grijper moet kunnen tillen is een 0.5L flesje, dat dus iets meer weegt dan 0.5kg met het gewicht van het lege flesje erbij. De diameter van deze drie voorwerpen is ook niet kleiner dan 50mm. Voor alle voorwerpen geldt dat de inhoud in de voorwerpen niet mag morsen. Dit is geen probleem voor het tetrapak en het flesje want die zijn afgesloten maar voor het koffiebekertje moet de inhoud er niet uitkomen.
De grijper moet aangedreven worden door pneumatische actuatoren, voor het ontwerp mogen er tot drie actuatoren worden gebruikt. Één grote actuator voor de verticale beweging, twee kleine actuatoren: één voor de grijpbeweging om het voorwerp vast te pakken, de ander voor de horizontale beweging. De actuatoren worden aangedreven door perslucht, en de druk daarvan is verstelbaar.

Ook waren er eisen gesteld aan de fabricage: De totale omtrek van de onderdelen die gemaakt worden uit het perspex moet niet meer dan 9m zijn. De onderdelen die uit het perspex worden gehaald moeten allemaal op een plaat van 490x240x5 mm passen met een marge van 2,5mm tussen de onderdelen zelf (i.v.m. de dikte van de sneden in het perspex.) Het ontwerp van de perspex onderdelen moeten geleverd worden via een .dxf file.

Verder zijn de eisen voor de opbouw van de grijper als volgt: De actuatoren moeten binnen 5 minuten gemonteerd en binnen vijf minuten gedemonteerd worden. De grijper moet ook zelfstandig kunnen staan of gemonteerd kunnen worden aan een basisframe van 25cm breed en met een hoogte van 50cm tussen het eerste - en het laatste gat.( De afstand tussen de gaten is 5cm.) De persluchtslangen die gebruikt worden hebben een lengte van 50cm, de grijper volledig aangesloten kunnen worden binnen die lengte van 50cm van het bord af.

Technische oplossingen

Wij hebben aan alle door projectgroepleden getekende schetsen van grijpers punten toegedeeld en deze punten verwerkt in de onderstaande tabel. Deze tabel hebben wij gebruikt om onze definitieve grijper te ontwerpen.

Dit zijn de schetsen:

Ontwerpkeuze

Nadat er verschillende technische oplossingen waren gevonden op de functionele eisen die gesteld waren, moesten we gaan bepalen welke hiervan het meest geschikt zou zijn. Dit deden we door alle technische oplossingen voor één bepaalde eis naast elkaar te zetten en deze te vergelijken. We keken naar wat de verschillende voor- en nadelen waren van elke oplossing en wogen deze tegen elkaar af. Op deze manier hadden we voor elke functionele eis, de in onze ogen best mogelijke oplossing. Door nu alle losse oplossingen te combineren kregen we een grijper die aan alle gestelde functionele eisen zou moeten gaan voldoen.

Uitwerkingen en berekeningen

Voor ons ontwerp hebben we een aantal berekeningen gedaan om de maten van de verschillende delen onderdelen goed in te schatten. Daarbij hebben we soms aannamen gedaan om een beginpunt te hebben bij het maken van de berekeningen, anders hadden we te veel onbekenden om het te kunnen berekenen. Ook hebben wij bekende maten zoals de lengte van de actuatoren gebruikt om een goed werkende grijper te maken. Sommige van deze maten kloppen niet omdat we de lengte van de actuatoren fout hadden gemeten en daardoor met foute waarden verder hebben gerekend. De berekeningen zijn gedaan met deze foute waardes. Hierna hebben we de beweging in matlab geprogrammeerd om te laten zien hoe de grijper in theorie zou moeten werken.

	Wat: Waarom: Waarde: Lengte kleine actuator (in uitgeschoven stand) - 21,5 cm (fout, hij blijkt 28.5 cm te zijn) Lengte grote actuator (in uitgeschoven stand) - 24.5 cm (fout , hij blijkt 30.5 cm te zijn) Wat: Waarde: Waarom: Lengte kleine actuator (uitgeschoven stand) + handpalm 24 cm Lengte kleine actuator (ingeschoven stand plus 1 cm) + handpalm 15 cm De actuator trekt 9 cm in om de grijper helemaal te laten sluiten, omdat de actuator kan 10 cm inschuiven kan hij bij 9 cm nog kracht leveren om de klauwen dicht te houden. De brug 8 cm Met deze lengte kunnen L2 makkelijk bewegen buiten de onderarm. Alfa (hoek tussen L1 en de x-as in open stand van de klauwen) 55 graden De grijperklauwen zijn nu zover naar achteren gedraaid dat hij het bekertje niet zal omstoten als hij terugdraait naar zijn begin positie. Beta (hoek tussen L1 en de x as in gesloten stand van de klauwen) 45 graden Zo zullen de gesloten klauwen nog genoeg kracht hebben om op elkaar gedrukt te worden.
	Invullen en oplossen geeft: L1 = 5.87 cm; L2 = 19.2 cm. Wij hebben geen krachtenberekening gedaan omdat we de objecten vormsluiten en niet krachtsluiten, daarom is er niet een hele grote kracht nodig om de objecten vast te houden en schatte wij dat de grijper dit wel aankon. Wel hebben wij rekening gehouden met de sluitingshoek (beta), om deze niet te klein te maken omdat dan de kracht van de actuator te weinig in de richting van sluiten werkt. Wat: Waarde: Waarom: Lengte grote actuator (uitgeschoven stand) 24.5 cm Lengte grote actuator (ingeschoven stand) 14.5 cm Lengte AC (het verschil tussen de het aangrijpingspunt van de actuator en de armen) 17.5 cm Dit leek ons een goede aanname voor een goed werkende grijper. Hoek A (dit is de hoek die de actuator maakt in zijn laagste stand met de y-as) 45 graden Wij schatten dat de actuator zo voldoende kracht gaf in zijn laagste stand om de arm omhoog te krijgen. Hoogte tussen de laagste en de hoogste stand van de actuator 20 cm Dit hebben wij gekozen omdat de grijper het object op een 15 cm hoger gelegen plateau moest zetten en wij dachten dat er wel speling in grijper zou voorkomen waardoor hij in werkelijkheid nog iets meer omhoog moet bewegen.
	Wat: Waarde: Waarom: Kracht grote actuator 68 N Dichtheid perspex 1,18g/cm^3 Dichtheid staal 8,00g/cm^3 Dichtheid vurenhout 0.58 g/cm^3 Getekende hoek 90 graden Zo is de lengte van de grijper het grootste en dus het moment van het gewicht van de grijper het grootst. Lengte grijper 60 cm Wij schatten dat dit de totale lengte van de grijper was. Wij hebben hierbij geen berekening gedaan omdat het niet heel kritisch ligt. Wij hebben daarom in de draaistok meerdere gaten geboord zodat we de actuator kunnen verstellen om de gewenste draaiing te krijgen. Wat: Waarde: Waarom: lengte kleine actuator (uitgeschoven stand) 21.5 cm Lengte kleine actuator (ingeschoven stand) 11.5 cm De afstand die de grijper naar de zijkant moest bewegen 30 cm Dit leek ons een goede aanname om genoeg ruimte te hebben om het object te grijpen en tegelijkertijd het object in het midden van het plateau te zetten. Lengte grijper (de afstand van het midden van het object tot het draaipunt van de grijper) 55 cm Wij schatten dat dit de totale lengte van de grijper moest zijn. Afstand tussen de draaistok van de grijper en het vastmaakpunt van de actuator aan het bord 12,5 cm De gaten op het bord stonden 5 cm uit elkaar en ons leek 2,5 gaten uit elkaar een goede afstand.

Fabricage

Voor de fabricage van 'Der Greifer' waren de volgende materialen en onderdelen nodig:

• lasergesneden perspex onderdelen, zoals: 4 grote armen, 2 kleine armen, een afgeronde rechthoek met een gleuf in het midden
• verscheidende M4 bouten en moeren en de bijbehorende ringen
• 6x M6 bouten en 4x M6 moeren
• 3D-geprint onderdeel
• een houten blokje van 60 mm x 40 mm x 50 mm
• houten blok van 210 mm x 50 mm x 50 mm
• 2 houten bevestigingblokjes
• een metalen bevestingingsdriehoek
• een rond houten staafje van 200 mm lang en diameter van 10 mm
• 2 elastiekjes
• 2 houten blokjes voor de actuatoren

Voor de fabricage hebben we een 3D-printer gebruikt die bij een van de groepsleden thuis stond. Ook hebben lasersnijder op de TU Delft gebruikt voor het uitsnijden van de perspex onderdelen. De overige onderdelen heeft ieder groepslid zelf gemaakt.

Dit zijn de digitaal ontworpen grijperonderdelen die niet van PMMA zijn gemaakt. De gele onderdelen zijn uitgewerkt in hout en de blauwe is met de 3D-printer gemaakt.

Test

Onze testevaluatie ziet er als volgt uit:

Evaluatiepunt	Werkt het naar behoren?	Hoe komt dit?	Eventuele verbeterpunten
verticale verplaatsing van de grijper	Dit werkt naar behoren. De verticale verplaatsing was ongeveer 200 mm.	Ten eerste is de beweging nauwkeurig berekend. Ten tweede heeft de grijper verscheidene gaatjes in de 4 grootste armen zitten, waardoor de hoek die de actuator aangepast kan worden en dus ook de verticale verplaatsing.
het vastgrijpen van de beker/flesje	Helaas werkte dit niet helemaal naar behoren. De grijper sloot perfect met de vorm van het bekertje en het flesje, alleen de actuator paste niet tussen het onderdeel dat de grijperklauwen zou moeten sluiten.	Dit kwam door een fout in de berekening. Er waren verkeerde maten gebruikt voor de kleine actuator.	Altijd de maten van een onderdeel meerdere keren controleren.
werking van de actuatoren op de grijper	Dit werkte enigszins naar behoren. De verticale bewegingen waren wel wat abrupt, waardoor de kans bestaat dat de inhoud uit het koffiebekertje gaat. De horizontale beweging ging stukken beter.	Er was weinig wrijving tussen de onderdelen van de verticale beweging van de grijper. De horizontale beweging ging beter, doordat we een zuiger geplaatst die de beweging vertraagd.	De verticale beweging kan vertraagd worden door er ook een zuiger te plaatsen.
stevigheid van de constructie	De sterkte van de constructie is voldoende. De grijper kan makkelijk een massa van 0.5 kg optillen.	Ten eerste is de massa van onze constructie niet zo groot. Ten tweede hebben we dubbele armen voor de grijper gebruikt.

Resultaten

Na onze test bleek dat we het een en ander aan onze grijper moesten aanpassen. We hebben wat nieuwe onderdelen gemaakt: een demper en een, jawel, 3D-GEPRINTE rechtgeleider:

De evolutie van onze grijper ziet er als volgt uit:

Hier nog een drietal foto's van de test:

Nog meer foto's van ons resultaat:

Terugkoppeling

Aan het begin van ons proces hebben we eisen opgesteld waar onze grijper aan moest voldoen. Na het testen van de grijper konden we met tevredenheid terugkijken naar de resultaten. De grijper voldeed aan alle eisen, waar we natuurlijk zeer trots op zijn. Er was alleen een kleine kanttekening: we pakten de voorwerpen met behulp van onze handen, omdat de actuator niet tussen het voorste deel van onze grijper paste.