Introductie

Ons project is de "John Coffey"-grijper. Deze grijper moet een bekertje kunnen verplaatsen en weer terug in zijn beginstand kunnen komen. De grijper wordt bewogen door luchtdruk.

Het project bestond uit meerdere stappen. Eerst moesten we informatie inwinnen en zo eisen opstellen voor onze grijper. Aan de hand van de eisen gingen we meerdere ontwerpen maken, om hieruit vervolgens de beste te kunnen kiezen.

Toen we het juiste ontwerp hadden gekozen hebben we de ontwerpen in ‘Solidworks’ verwerkt voor de lasersnijder. Daarna kwam het testgedeelte en het maken van de website over ons project aan de orde. We zullen ook aan het einde grijpers van andere groepen beoordelen via een peer review.

Eisen aan onze grijper

1. De grijper moet een bekertje, fles of pak kunnen oppakken, vasthouden, en stabiel kunnen neerzetten. Voor de bekertjes, flesjes of pakken die gepakt moeten kunnen geldt het volgende:
• Massa ≤ 0.5 kg
• De doorsnede van een bekertje is groter dan 50 mm.
• Het bekertje bevat water met een rietje of een lepel. Het rietje of de lepel steekt boven de rand van het bekertje uit.
• De flesjes en pakken hebben een inhoud van 0.5 liter.
2. De inhoud van het object moet erin blijven.
3. De grijper moet het object 15 cm omhoog en 10 cm horizontaal kunnen verplaatsen.
4. De grijper moet een origineel ontwerp hebben of een origineel principe ingebouwd hebben. Een mechanische uitdaging gaan we zeker aan.
5. De grijper moet een eenvoudig aan te passen ontwerp hebben om de actuatoren makkelijk erin te kunnen bouwen.
6. De grijper moet functioneel zijn maar hoeft er niet perfect uit te zien.

Werking arm:

De arm zit met een scharnier bevestigd aan het bevestigingsboord. Aan de andere kant van de arm zit een touw met aan het uiteinde van dit touw de grijphand met het object. De arm wordt omhoog getrokken met een actuator bevestigd tussen de arm en het boord. Vervolgens laat een tweede actuator, die op de arm bevestigd zit, het touw zakken, waardoor het voorwerp op de tafel belandt.

Er zijn twee grote problemen bij dit ontwerp:

1. Het touw gaat slingeren als de arm omhoog wordt getrokken
2. De grijphand gaat draaien om zijn as

Voor punt 2 hebben wij een oplossing gevonden die niet erg mooi is, maar wel werkt: om het touw zit een pvc-buis die gefixeerd zit aan de as in de arm. Hierdoor kan de grijper niet meer om zijn as draaien.

Ook kunnen wij nu de slingerbeweging remmen door een rem te zetten op de draai-as. Deze rem bestaat uit een houten vormpje gefixeerd aan de as en een flapje dat hiertegen wordt gedrukt. Hierdoor wordt de draaiing tegengehouden.

Het touw loopt door deze buis heen, maar zit niet vast aan de as in de arm. Hij zit namelijk vast aan de actuator op de arm. Het zijn ook twee touwen zodat dezen naar beneden kunnen zakken zonder dat ze bij de splitsing van de buis vast komen te zitten.

Werking Grijperhand

Zoals voorheen is gezegd hadden we in ons project een grijperarm gekozen die in één beweging horizontaal en verticaal veplaatste. Hierdoor hadden we als het ware een extra actuator over voor het maken van de grijphand. Nu kwam er wel een specificatie bij, namelijk dat er in onze grijper een overbrugging van hoogte plaats moest vinden door middel van een touw dat het object in de grijphand weer naar beneden zou verplaatsen, zoals verduidelijkt onder het kopje “armwerking”.

Dus was er toch één actuator over voor het maken van de grijperhand. Deze hebben wij een simpele werking laten hebben, omdat een complexe werking niet zou passen aangezien we het grootste deel van de precieze lasergesneden onderdelen gebruikten voor alleen de grijparm.

De grijperhand hebben we gemaakt met pvc-buis, lasergesneden onderdelen, ducttape, houtplaten, en extra benodigdheden zoals moeren, bouten en schroeven.

De actuator (hier niet afgebeeld, normaal op het linkerdeel vóór het glasplaatje) schuift naar buiten bij een verstelbare druk en duwt daarbij tegen een schroef die bevestigt is aan een houten plaatje. Deze schroef schuift door een gleuf (met minimale weerstand door de symmetrie van de glasplaatjes). Dit houten plaatje komt dicht tegen een ander houten plaatje aan wat vaststaat, en knijpt zo het object vast.

De tape heeft een hogere E-modulus dan het hout en is meerdere lagen geplakt om deze nog meer te bevorderen. Dit zorgt voor een wat betere opvangst van het vastgepakte object. Het houtplaatje kan vervangen worden door een “halve ellips”-vormig plaatje voor rondere objecten.

Nabespreking:

Er zijn een paar punten die we niet helemaal doordacht hebben, of achteraf makkelijker hadden gekund:

1. De arm hadden we van bijvoorbeeld een regenpijp kunnen maken, hierdoor hadden we er makkelijker dingen aan vast kunnen maken.
2. In de grijphand wordt er onderaan in de grijpvingers weinig kracht geleverd, dit is een fout in het ontwerp en hierover hadden wij beter na moeten denken.

Ideeën die het niet zijn geworden: 1

Het eerste waar we mee begonnen was het bedenken van de grijphand. We bedachten dat deze licht moest zijn en ook makkelijk te bouwen. Ingewikkelde bewegingsconstructies waren dus niet gewenst Daardoor kwamen we bij het eerste idee om het bekertje dat de grijper moet pakken, vast te grijpen met elastiek dat zich om het bekertje zou heen vouwen waardoor het geklemd werd en zo opgetild kon worden. Echter liepen wij toen tegen het idee aan dat het bekertje niet meer los kon komen uit de elastiekjes, waardoor we dus de opdracht niet zouden kunnen voltooien. Door die gedachte kwamen we uit bij een grijper die het bekertje kon vastgrijpen door een beweging te maken en, door dezelfde beweging terug te maken, het bekertje weer kon losmaken. Het eerste idee waar we mee kwamen was een grijpermet een metalen arm met aan het einde een halve cirkel Aan de arm zat dan een actuator, die weer vast zat aan de complementaire halve cirkel. Deze complementaire cirkel zat met een kant vast als scharnier aan de arm en kon bewogen worden met de actuator. Dit idee werkte goed en het was relatief makkelijk uit te voeren. Wij zijn hierom door gaan denken met dit idee in ons achterhoofd. Toch werd deze grijphand het uiteindelijk niet. Dat kwam omdat het niet kon met ons idee over hoe we de arm van de grijper wilde maken. Daarna kwamen we tot ons laatste ontwerp; een grijper die werkte door een beker te klemmen tussen twee houten plankjes, waarvan er eentje gefixeerd zit op een rails en de andere kan verschuiven over de rails.

Ideeën die het niet zijn geworden: 2

Ook hadden we veel nagedacht over wat nu handig was voor het ontwerp van de grijparm. Nu we het idee hadden een grijper te maken met een bewegende kant en een gefixeerde kant van het grijpdeel, konden we de arm daar goed op instellen. Dat bracht ons bij het idee om de arm in één beweging de zijwaartse afstand en de afstand omhoog af te laten leggen. Daarvoor hadden we nog een andere wijze waarop we aan de afstanden konden komen, namelijk door een constructie waarbij we een metalen schaarsysteem gebruikten die je wel eens terugziet bij uitschuifbare spiegels. Op deze manier konden we een beweging omhoog creëren door een actuator vast te maken aan zo’n schaarsysteem en een beweging opzij door eenzelfde tweede schaarsysteem. Dit was echter te moeilijk om te maken omdat het te groot was met twee van deze systemen. Ook was het vrij lastig om de actuatoren te bevestigen aan het hele systeem. Bovendien dachten we toch al dat het veel simpeler kon door in een beweging beide afstanden in één keer af te leggen. Het leek simpel en handig, precies wat we zochten. Toch was het nog moeilijk het idee te verwezenlijken. We wilden het zo doen dat de arm een 180 graden hoek zou maken, dus eerst de beker oppakken, en daarna een halve cirkel maken, zodat beide afstanden gehaald worden en vervolgens weer het bekertje neerzetten aan de andere kant op een tafeltje. Tijdens de uitwerking van dit idee kwamen we in de knoop met de actuatoren die de arm zouden moeten bewegen.Deze konden namelijk niet een hoek van 180 graden maken, omdat ze dan zelf in de weg zouden zitten voor de arm als die helemaal plat wilde liggen. Ook moet de arm dezelfde beweging terug kunnen maken. We wilden daarvoor een constructie van katrollen en touwen gebruiken waarbij een actuator een touw zou oprollen d.m.v. hetzelfde principe als bij een metalen buis aan het wiel van een stoomtrein. Het probleem daarmee was dat de actuator niet over het dode punt heen kwam bij het draaien. Dus zouden we geen touw kunnen oprollen door de actuator te gebruiken. Het idee om de katrollen en touwen te gebruiken werd hierom ook afgekeurd.

Er spelen een paar krachten een rol bij de grijper. Denk aan de zwaartekracht van het object maar ook aan die van de grijper zelf en aan de krachten van de actuatoren. Wij schatten het gewicht van het object tussen de 200 gram en 500 gram. Dat betekent dat de zwaartekracht van het object ongeveer 2 tot 5 Newton zal zijn. De grijper zelf schatten wij op zo’n 500 gram. Voor de grijper geldt dan een zwaartekracht van ongeveer 5 (4.905) newton. Met behulp van de hefboomwet is uit te rekenen hoeveel kracht de grote actuator moet leveren. Hierbij wordt aangenomen dat het gewicht van de arm gelijk is over de lengte. Dit komt uit op zo’n 18 tot 30 Newton(afhankelijk van het gewicht van het object). Voor de kleine actuator geldt dat de kracht gelijk is aan het gewicht van de grijper hand en object. Deze kracht wordt op zo’n 5 tot 8 Newton geschat. De laatste actuator drukt het object klem. Deze kracht moet niet te klein zijn, want dan heeft de grijper geen grip op het object. Als deze kracht te groot is drukt de grijper het object in elkaar. Wij verwachten dat 8 Newton voldoende is om het object vast te kunnen klemmen zonder het in elkaar te drukken of te laten vallen.

Emilio Tavio Y Cabrera

Abel de Wilde

Hugo Kolstee

Sietse Soethout

Tim Mattern

Max Elsinga

Jesse Blok