Welkom op de site van projectgroep 97. Wij zullen u op deze website laten zien wat het proces en het eindresultaat van het bouwen van onze grijper is. We zullen u meenemen in ons proces, van het ontvangen van de opdracht tot en met het eindresultaat. Dit zullen wij laten zien aan de hand van tekst, tekeningen, berekeningen, foto’s en een filmpje.
Dit project is onderdeel van de bacheloropleiding werktuigbouwkunde aan de TU Delft. In ons eerste kwartaal van ons eerste jaar moeten we in onze faculteit 3me een grijper ontwikkelen en daarbij de hele ontwerpcycli doorlopen. Meer informatie is te vinden op de website van de TU Delft en faculteit 3me
"Ontwerp een mechanische grijper die ronde bekers of flesjes (maximale inhoud 0,5 l) en vierkante tetrapakken (maximale inhoud 0,5 l) met en zonder inhoud kan oppakken en op een circa 150 mm hoger en naast gelegen plateau kan neerzetten. De grijper moet worden aangedreven door pneumatische cilinderactuatoren."
Voordat we kunnen beginnen aan het ontwerpproces moeten we vaststellen aan welke eisen het eindproduct moet voldoen. Voor dit project moeten we een grijper ontwikkelen die dingen kan vastpakken en optillen. Ten eerste zullen we alle informatie op een rijtje zetten
Hierbij een grove indeling van de weken
Hieronder staat een lijstje met het materiaal wat we beschikbaar hadden. Daarnaast hebben we nog wat hout, postelastieken en andere formaten bouten en moeren gebruikt.
We hebben ons model opgedeelt in drie gedeeltes. Een gedeelte wat de grijper omhoog moest laten bewegen, een gedeelte om het naar voren en/of opzij te laten bewegen en een gedeelte om de objecten vast te pakken en los te laten. Elk gedeelte had een actuator ter beschikking om deze op te pakken. Hieronder het morfologisch schema en per onderdeel de ontwerpkeuzes.
Deze arm heeft aan het uiteinde een condoom zitten met koffie erin. De condoom wordt vacuüm gezogen door de actuator. Het condoom vormt zich naar het object dat ertegenaan geplaatst wordt, en is daarom geschikt om zowel het bekertje als het pakje op te tillen. Bovendien werd de arm vrij kort en is het een origineel en creatief idee. Uiteindelijk is het niet gebuikt, omdat je hiervoor een vacuümpomp nodig hebt die constant lucht afzuigt, iets wat de actuatoren niet kunnen.
De arm wordt aangedreven door één actuator. Deze zit vast aan twee scharnierende latjes. Als de actuator uitschuift bewegen de latjes mee en sluiten de armen zich. Zodra de actuator inshuift gaan de armen weer open. Aan de armen zitten elastieken. Deze vormen zich naar het object waar ze omheen getrokken worden, waardoor de arm zowel het vierkante tetrapak als het ronde flesje op kan tillen. Bovendien kunnen de elkastieken een volle colafles optillen, die veel zwaarder is dan het bekertje of het pak. Daarom zit deze arm goed que vorm en qua kracht, maar is hij alleen wat lang, omdat de actuator in de lengterichting uitzet.
Deze arm heeft hetzelfde idee als de arm van Lars, alleen zit de actuator nu overdwars op het latje gemonteerd, waardoor de arm nu niet langer wordt als de actuator uitzet. Uiteindelijk is de versie van Ewout ons definitieve arm idee geworden, omdat het dezelfde voordelen heeft als de arm van Lars, zonder het probleem van de te grote lengte. Hierdoor hou je het ontwerp compact en blijft de arm kleiner, waardoor er minder momenten op de scharnierpunten komen te staan. Als enige aanpassing is het gedeelte waartussen de elastieken gespannen zijn een halve circel geworden in plaats een knikspant. Dit is gedaan voor een betere krachtoverbrenging en minder kracht op de hoeken die anders in het ontwerp zaten.
Voor het uitschuiven van de grijper hadden wij twee oplossingen bedacht: het kopen van een kant en klare rail, of het zelf maken van een rail. Het voordeel van een kant en klare rail is dat deze zonder twijfel zijn werk zal doen. Hier is het product immers voor gebouwd. Bij een zelfgemaakte rail heb je deze zekerheid niet. Een nadeel van een gekochte rail is dat je niet zelf kan bepalen waar deze bevestigd kan worden aan de rest van de grijper. Bij een zelfgemaakte rail kun je zelf exact bepalen waar je de bevestigingsgaten wilt plaatsen. Hierom, en omdat wij graag de uitdaging aangaan. Hebben wij er voor gekozen zelf een rail te ontwerpen in plaats van eentje te kopen.
Voor het omhoog bewegen hadden wij 2 verschillende ideeën, waarvan eentje weer wordt opgesplitst in twee varianten: de hijskraan en de parallellogram. Omdat wij al vrij snel concludeerden dat de hijskraan niet ging werken, zijn wij overgestapt op de parallellogram arm. Nu moesten wij nog kiezen of wij de actuator de arm wilde laten duwen of trekken. Beide hadden voordelen en nadelen: ze duwt een actuator harder dan deze kan trekken. Aangezien de gehele grijper een redelijk gewicht heeft, moet de actuator van de arm wel sterk genoeg zijn om alles op te kunnen tillen. In dit opzicht is een duwende actuator dus beter. Het nadeel van een duwende actuator is, is dat deze onder de arm moet worden bevestigd. Om het geheel dan 15cm te laten stijgen, moeten de armen relatief erg lang worden. Aangezien we maar beperkte materialen hebben, is dit niet wenselijk. Bij een trekkende arm wordt de actuator boven de arm bevestigd. Om dit geheel 15cm te laten stijgen zijn kleinere armen nodig. Conclusie: omdat wij aannemen dat een trekkende arm, hoewel deze minder sterk is, sterk genoeg moet zijn om de gehele grijper op te tillen, en materialen schaars zijn, kiezen wij ervoor een trekkende arm te gebruiken.
Het doel van dit prototype was om de beweging van de actuator over de plaat waar deze op gemonteerd is te bestuderen bij het openen en sluiten. De beweging bleek vloeiend te verlopen en hierdoor waren we ook in staat om te bepalen wat bepaalde maten moesten zijn zonder dat er onderdelen in contact met de actuator zouden komen
Na een ietwat vertraagde start vanwege het feit dat 1 van onze onderdelen, benodigd om de grijperonderdelen aan elkaar te kunnen bevestigen, niet geleverd was door de IWS, ging het assemblageproces van start. Het in elkaar zetten van de grijper ging over het geheel gezien heel vloeiend, de gaten bleken vrijwel allemaal goed uitgelijnd te zijn en er hoefden zodoende slechts kleine aanpassingen gemaakt te worden. Omdat we vanwege het feit dat we een robuuste grijper wilden bouwen gekozen hadden voor relatief brede onderdelen uit het Perspex, pasten niet al onze onderdelen op de plaat voor de lasersnijder. We hebben er toen voor gekozen om de 2 sikkelvormige grijperarmen uit een ander materiaal te maken omdat deze onderdelen de minste kracht hoefden kunnen te weerstaan. We hebben gekozen voor een heel lichte goedkope vorm van triplex, dit omdat het goedkoop en ook licht was, zodat het moment op de grote actuator zo klein mogelijk bleef. Uiteindelijk bleek dit een goede keuze, omdat het gewicht van de bouten, moeren en hoekstukjes samen met het perspex zwaarder uitviel dan gedacht. Tijdens het assembleren zijn de volgende aanpassingen nog gemaakt aan het oorspronkelijke idee vanwege praktische dingen die we tegenkwamen
De testmiddag verliep vrij soepel over het algemeen gezien. Toen de actuatoren voor het eerst bevestigd konden worden bleek dat vrijwel alles zonder aanpassingen goed aangesloten kon worden. De enige aanpassing benodigd was de eerder benoemde as van het railsysteem die in tweeën gezaagd moest worden omdat de actuator er anders niet doorheen kon schuiven. Bij het daadwerkelijke testen bleek dat de druk over de 3 actuatoren niet afzonderlijk gevarieerd kon worden; dit zorgde voor wat kleine complicaties. Uiteindelijk is het toch gelukt om met 1 drukregelaar alle bewegingen achter elkaar uit te voeren. Dit door de druk constant te blijven variëren tijdens de bewegingen. Het enige nadeel was dat de uitschuifbeweging door de relatief hoge druk heel hard ging, wat niet handig is met een vol bekertje. De grijper bleek probleemloos verschillende groottes en vormen aan flesjes, bekertjes en een tetrapak op te kunnen pakken vanwege de elastieken die zich goed naar he te pakken voorwerp vormden. Er traden wat complicaties op toen we het filmpje wilden maken waarop alle bewegingen achter elkaar vloeiend uitgevoerd werden, ons drukventiel ging namelijk kapot. Hierdoor hebben we niet meer echt de mogelijkheid gehad om een perfect filmpje te maken. Gelukkig hadden we genoeg filmmateriaal om toch te laten zien dat onze grijper doet wat hij moet doen.
Al met al kunnen we concluderen dat het ontwerp succesvol was. Het ontwerp voldeed aan alle gestelde eisen. Na een wat chaotische start van het ontwerpproces zijn we met elkaar tot degelijke ontwerpen voor de verschillende onderdelen van de grijper gekomen, die op een goede manier aan elkaar bevestigd konden worden. We hebben bewust gekozen voor een stevig robuust ontwerp, wat meer materiaal kostte. Dit was omdat niet precies duidelijk was wat voor druk er uitgeoefend zou worden op de onderdelen. Dit bleek achteraf een goede keuze. We zijn al met al tevreden met ons ontwerp en hebben het hele proces als leerzaam ervaren.
Onze groep (van links naar rechts):
Seppe Kuipers, Simon Hammecher, Roos Wiltink, Ewout ter Hoeven en Lars Murre.
Ook lid: Quirine den Beer Poortugael, was helaas niet aanwezig op het moment van de foto.