Ontwerp een mechanisme dat een appel kan oppakken en op een naastgelegen plateau kan plaatsen, om een wand heen, aangedreven door pneumatische actuatoren.
Klik hier om de volledige opdracht, voorwaarden en specificaties te bekijken.
Van links naar rechts:
Boven: Neville Nieman, Jelmer de Wolde
Beneden: Thijn Dollé, Justin Chou, Jesse Leijdekker, Olivier van Zadelhoff
Voor een goed ontwerp hebben wij richtlijnen nodig. Hier kunnen wij ons aan houden tijdens het ontwerpen en hiermee kunnen wij ook ons uiteindelijke ontwerp mee beoordelen en evalueren. Onze richtlijnen hebben wij vastgesteld door middel van een programma van eisen en wensen.
Berekeningen
Wij hebben door middel van berekeningen in de progammeertaal Python vastgesteld wat de minimale en maximale afmetingen van onze arm en onze draaiende katrol moesten zijn. In de afbeelding hiernaast geldt het volgende:
Verder noemen wij de diameter van het katrol ‘n’ en de slag van tien centimeter die de actuator maakt ‘s’. Al deze parameters zijn afhankelijk van de afstand van het middelpunt van de draaiende katrol naar het plankje, die wij ‘x’ noemen. Na het plotten van de verschillende grafieken konden wij de optimale lengtes voor onze grijper kiezen.
Pen-gat verbindingen en H-profielen
Omdat onze grijper een grote lading moet kunnen dragen, hebben er wij voor gekozen om voor de lange dwarsbalk een H-profiel te gebruiken. Dit zorgt ervoor dat de balk maximaal kan worden belast en is zeer geschikt in combinatie met pen-en-gat verbindingen. Deze pen-en-gat verbindingen bestaan bij onze grijper uit lange sleuven waar de uitstekende delen van de tussenverbindingen precies inpassen. Hierdoor kan de constructie zelfs zonder lijm, bouten of moeren in elkaar worden gezet! De arm is daardoor super licht en extra sterk.
Rotatie van de arm
Aangezien tandwielen van PMMA te snel breken en op maat gemaakte tandwielen van ijzer heel duur zijn hebben wij er voor gekozen om gebruik te maken van een touw en katrollen. wij hebben een constructie bedacht waarbij de actuator zowel bij het uit- als bij het inschuiven aan het touw trekt en zo de arm twee kanten op kan laten draaien. Hiertoe hebben wij een speciale katrol ontworpen om te voorkomen dat het touw slipt en dat de arm niet meedraait met de beweging van de actuator. Deze katrol heeft een aantal inkepingen waar het touw en de onderkant van de arm precies invallen, zodat deze goed op hun plek blijven, maar toch, wanneer nodig, makkelijk van hun plaats kunnen worden gehaald om versteld of aangepast te worden. Om het touw altijd op spanning te kunnen houden hebben wij een tyrap tussen het touw geplaatst. Door deze aan te trekken kan gemakkelijk de spanning worden aangepast.
Rechtgeleiders
Na het vastgrijpen van de appel met de band moet de appel omhoog worden getild. Om te zorgen dat de appel recht omhoog gaat en dat de grijper met de band niet kan draaien of heen en weer kan slingeren hebben wij rechtgelijders ontworpen. De stemvork-vormige rechtgeleiders gaan beide door twee paar gaten in de dwarsbalk. Het idee was dat de actuator tussen de rechtgeleiders zou komen te liggen, maar na een aantal tests bleek dat de geleiders te veel wrijving veroorzaakten en dat de beweging ook zonder gecontroleerd genoeg verloopt. Daarom hebben wij uiteindelijk besloten ze niet te gebruiken.
Alle onderdelen zijn gelaserd uit twee platen, waarvan dit de snijbestanden waren:
Met alle onderdelen hebben wij in Solid Works het volgende 3D-model gemaakt:
Optillen
Het grootste probleem dat we zijn tegengekomen, is dat de appel niet van de grond kwam bij ons eerste ontwerp. Het lukte niet om het gewicht van de appel en grijpmechanisme te balanceren aan het touw waardoor de katrollen en recht-geleiders nutteloos waren. In ons tweede model hebben wij deze dus ook geschrapt en hebben wij er voor gekozen om de actuator voor het optillen van de appel direct aan de andere actuator vast te maken. Om dit te realiseren moesten wij de actuator verplaatsen om deze recht boven het appelgrijpmechanisme te krijgen. Ook moesten wij een koppelstukje maken waarmee de twee actuatoren aan elkaar vast zaten. Dit was veruit de grootste aanpassing die wij moesten maken aan ons ontwerp.
Slippend touw
Het rotatiemechanisme werkte perfect totdat wij het samenvoegde met de grijper. Door het grote gewicht van de grijper en de appel slipte het touw langs het katrol waardoor de draaihoek van de arm niet klopte. Dit hebben wij opgelost door ringetjes aan het touw vast te maken die niet door de gaatjes passen. Hierdoor was het probleem opgelost.
Persluchtslangetjes
Tijdens het testen van de grijper kwamen wij erachter dat de persluchtslangetjes over de rijbaan van de grijper liepen. Dit hebben wij opgelost door de slangetjes tussen de tafels te stoppen, waardoor de grijper er overheen rolt. Hierdoor was de baan voor de grijper vrij.
Alle aanpassingen hebben uiteindelijk geleidt tot dit definitieve model:
Naast de gewone video hebben wij ook nog een video gemaakt vanuit het perspectief van de grijper:
Ten eerste beweegt de grijper te snel waardoor hij niet erg precies is. Hierdoor voldoet onze grijper niet altijd aan het negende punt van het programma van eisen, namelijk: ‘het mechanisme brengt het middelpunt van de appel niet verder van het midden van het plateau aan de andere kant van het schotje dan drie centimeter’. Door meer wrijving toe te voegen zouden wij hem wat langzamer later kunnen draaien.
Ten tweede komt de slag van de actuator die de grijper omhoog en omlaag beweegt net niet goed uit waardoor de grijper op de grond gedrukt wordt en zichzelf een klein stukje omhoog duwt. Als hij een paar millimeter boven de grond stopt kan dit voorkomen worden. Tenslotte hadden wij graag gewild dat onze grijper ook op basis van twee in plaats van drie actuatoren had kunnen werken. Van dit idee zijn wij, ook gedeeltelijk door tijdnood, afgestapt en zo voldoet de grijper dus niet aan het derde punt van het programma van wensen, namelijk: ‘het mechanisme werkt door middel van twee actuatoren’.
Ons proces verliep over het algemeen ook goed, maar niet vlekkeloos. Zo hebben wij nooit een rolverdeling gemaakt door bijvoorbeeld een voorzitter en een notulist aan te stellen. Hierdoor verdeelden wij de taken niet altijd meteen duidelijk en kwamen wij soms langzaam op gang bij onze bijeenkomsten. Ook hebben wij enkele keren het benodigde werk onderschat waardoor wij hard en snel door moesten werken en waardoor wij enkele foutjes in bijvoorbeeld het lasersnijbestand niet doorhadden.
Over het algemeen zijn wij dus tevreden met ons proces en het geleverde ontwerp met hier en daar nog een verbeterpunt.
