Hier kunt u alles vinden over ons Kwartaal 1 Ontwerpproject, van ons projectproces tot geweldig leuke foto’s van ons aan het werk. Wij zijn een groep van 7 studenten die samen studeren aan de TU Delft. De laatste negen weken hebben we samen gewerkt en gestreden om een mechanistische grijper te creëren die wij “De Spinner” noemen. Deze grijper is gebouwd om een appel op te pakken en deze appel vervolgens te verplaatsen om een muurtje. Om dit te bereiken hadden wij drie pneumatische actuatoren, een plaat PMMA en wat wij zelf bij elkaar konden toveren tot onze beschikking. Met dat in gedachten gehouden, kunt u op deze website vinden hoe wij uit een vergezocht en onwaarschijnlijk idee een werkelijke grijper hebben kunnen realiseren.
het was voor ons allemaal de eerste keer om op deze manier aan een gezamenlijk doel te werken en dat was af en toe te merken. toch ben ik uiteindelijk ongelofelijk trots op het eindresultaat, de samenwerking en natuurlijk de vriendschap tussen de leden van WB 18. ik heb intens genoten van dit gezamenlijke leerproces en hoop veel van mijn wb collega’s in het volgende project weer bij mij te hebben.
Het leukste van de ontwerpopdracht was naar mijn mening de grote diversiteit van project. De taken varieerden van het bedenken en tekenen van concepten tot het maken van een Python script en het monteren en testen van de grijper, daarnaast was ook het samenwerken in een groep een belangrijk aspect. Dit alles zorgde ervoor dat het voor mij een zeer leerzame ervaring was.
Naast de vele pizza en pils rondjes die gemaakt werden als “straf”, was het samenwerken aan een werkend werktuig altijd plezierig. Van concept naar realiteit is een weg met vele hobbels en bochten, maar erg leerzaam om te volgen. Zo leer je probleemoplossend denken dat je later in je leven van pas komt. Gelukkig sta je er niet alleen voor bij het proces.
Het ontwerpproject in Q1 was een fascinerende en educatieve ervaring voor mij. Het gaf me veel inzichten op werktuigbouwkundig gebied. Zelf bouwde ik vroeger nog wel leuke ontwerpjes voor Sinterklaas surprises, maar om een probleem op te lossen was het een stuk uitdagender. Dat maakte het voor mij ook een stuk interessanter. Het samenwerken met de groep was ook erg flamboyant. Al met al was het een bourgondisch spektakel!
Het was de eerste project van het jaar. Moeilijk om vooraf concreet een verwachtingspatroon te scheppen van het proces. Nieuwe gezichten en een ontwerpproject die op verschillende manieren uitvoerbaar was. Het was alom uiteindelijk wel een overwegend gezellige groep, iedereen wist wel de sfeer te vormen op zijn eigen manier, alsmede ze wel welwillend waren mee te werken aan de verschillende aspecten die erbij kwamen kijken. Het zorgt fundamenteel gezien voor extra coverage en vertrouwen, en was aldus een flamboyante, leerzame ervaring.
Ik had mijn vooroordelen over Werktuigbouw en de TU, maar deze laatste paar weken zijn oog-openend en oprecht leuk geweest. Ik heb Groep 18 ervaren als een geweldig leuke groep gasten. Iedereen voegt iets bijzonders en positief toe aan de groepsdynamiek, wat zorgt voor een dynamisch, optimistisch en overall gezellige groepsgevoel. Ik wist niet wat ik moest verwachten van mijn projectgroep, maar ik kan eerlijk zeggen dat ik niet om een betere groep had kunnen vragen.
Ik vond het een heel leuk project vol gezelligheid. De hele groep deed altijd goed mee en we gingen er ook altijd helemaal voor. Ik heb met dit project dan ook niet alleen een grijper gebouwd, maar ook een band meet een groep geweldige gasten. We konden allemaal goed op elkaar inspelen en iedereen had altijd wel iets waar hij goed in was.
1. Het mechanisme dat de appel verplaats naar het plateau, moet binnen de aangegeven buitenste cirkel van het plateau de kern van de appel neerzetten.
2. Maximaal op drie actuatoren om het mechanisme te laten werken.
3. Het mechanisme moet de beweging 10 maal achterelkaar kunnen uitvoeren door alleen de knoppen te bedienen van de pneumatische actuatoren.
4. De hele handeling van het mechanisme moet gebeurt zijn binnen 30 seconden.
5. Er vind ten alle tijden geen contact tussen muur en appel.
6. Het mechanisme moet verschillende formaten appels kunnen grijpen en verplaatsen.
Formaten tussen 5 tot 10 cm.
1. Het mechanisme dat de appel verplaats naar het plateau, moet binnen de aangegeven binnenste cirkel van het plateau de kern van de appel neerzetten.
2. Maximaal op twee actuatoren het mechanisme laten werken.
3. Binnen twee minuten opzetten en gebruiksklaar maken
4. Maximaal benutten van het gegeven plastic voor het lasersnijden.
Maximaal is alle onderdelen die kunnen uit het plastic halen, naast de grijper.
5. Maximaal benutten van het gegeven plastic voor het lasersnijden.
6. Kunnen kalibreren tijdens het opzetten en gebruiksklaar maken.
1. In de beginstand ligt de appel in het midden van het vierkant naast het plateau.
2. Het doel is om de appel precies in het midden van het plateau te plaatsen.
3. Het systeem mag de appel niet beschadigen.
De schil van de appel blijft intact.
Er zijn geen deuken waarneembaar groter dan 1mm.
4. In de beginstand mag geen enkel deel van het mechanisme zich in de ruimte boven het vierkant naast het plateau bevinden.
5. Na het plaatsen van de appel moet het mechanisme de appel weer loslaten, en zich weer weg bewegen.
6. In de eindstand mag geen enkel deel van het mechanisme zich in de ruimte boven het plateau bevinden.
7. Het mechanisme mag geen onveilige situaties opleveren.
Er mogen geen delen van het werktuig losraken.
Er mogen geen scherpe randen zijn aan het geheel.
Ten alle tijden meer dan 20 cm afstand tussen mens en bewegende delen.
8. Binnen 5 minuten opzetten en gebruiksklaar maken.
9. Alle pneumatiek voor de grijper zit verbonden aan een basisframe.
Grijper |  |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Montage Frame |  |
 |
 |
 |
|||
Bewegingswijze |  |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
In week 2 is er gewerkt aan ideeën creëren en verzamelen. Om hiermee te beginnen werd het ontwerp gesplitst in een aantal categorieën, deze categorieën zijnde:
De grijper
De grip van de grijper
Het bewegingsmechanisme
Het monteren van de actuatoren
Het Frame
Om ideeën te creëren en te verzamelen is naar ontwerpprojecten van voorgaande jaren, die ook gebruik maakten van grijpers en verplaatsing, gekeken. Hiervoor zijn het internet geraadpleegd en persoonlijke research bewerkstelligd. Verder is gekeken naar de wereld buiten de TU voor inspiratie, zoals bedrijven en de natuur, voorbeelden zijn de CAT, TGS GRAB Specialist B.V. en de flytrap-plant. Het proces werd aangepakt door subsequentieel ideeën voor bepaalde categorieën voor te stellen en deze vervolgens uit te werken. (Foto's van deze uitwerkingen zijn te vinden onder ‘Media’ op de website).
Over deze ideeën/voorstellen werd dan gediscussieerd en in sommige gevallen werden er verbeteringen voorgesteld en toegepast. Nadat alle voorstellen waren besproken is er vervolgens gewerkt aan het Morfologisch Schema die hieronder te vinden is: (Laat morfologisch schema uit sectie 1 op de website zien).
Er zijn naar aanleiding voor het verkrijgen van een idee van de gekozen grijpers spuugmodellen gemaakt. Om een idee te krijgen van het pragmatisch idee van een paar van deze modellen, hieronder de foto’s van twee spuugmodellen voor de grijper.
Nadat de concepten ontwikkeld en uitgewerkt waren, moest er gekozen worden welk concept het definitieve ontwerp wordt. Voor deze keuze moesten de concepten beoordeeld worden. Om die beoordeling gedetailleerd weer te geven werden er eerst relevante criteria opgesteld. Deze criteria kregen een norm van 1 tot 10. De belangrijkere kregen dus hogere cijfers dan de minder belangrijke. Daarna werd voor elk concept een cijfer gegeven van 1 tot 5 voor elke criteria, waarbij 1 staat voor slecht en 5 voor uitstekend. Deze beoordelingen zijn weergegeven in de tabel hiernaast.
| Spinner | Sjorsinator | Invers Tsunami | Hijskraan | |
|---|---|---|---|---|
| Nauwkeurigheid(10) | 4.5 | 4 | 3.8 | 3 |
| Veiligheid(3.5) | 4 | 4 | 3.5 | 3 |
| Snelheid(3.5) | 4.5 | 4.5 | 2.5 | 2 |
| Monteerbaarheid(6.5) | 4.5 | 4 | 2.5 | 1.5 |
| Aantal Actuatoren(4) | 4 | 4 | 2.5 | 2.5 |
| Stevigheid(8) | 4.5 | 4 | 4.5 | 2.5 |
| Materiaal(5.5) | 4.5 | 4 | 3 | 1.5 |
| Totaal | 180.75 | 165.75 | 137.75 | 95.5 |
Uit de tabel is af te leiden dat de Spinner het hoogste scoort met de bepaalde criteria en weegfactoren. De Sjorsinator zit daar niet zo ver vanaf, waardoor beide concepten waarschijnlijk goed functioneren. De andere twee concepten scoren flink lager.
Om tot een definitief besluit te komen was er een goede analyse nodig van de beoordeling. De beste uit de test is de Spinner, maar de Sjorsinator scoorde ook hoog en de Inverse Tsunami nog wel redelijk. Gekeken naar de criteria concludeerden we dat kleine veranderingen in de weegfactoren er niet zo veel toedoen in de uiteindelijke score van de concepten. We waren ook van mening dat de weegfactoren van de criteria goed waren beslist en dat er dus geen veranderingen nodig waren.
Na discussie is er besloten niet de Inverse Tsunami te kiezen. Deze scoorde lager dan de andere twee concepten. De reden hiervoor is dat De Inverse Tsunami veel wrijving zou ondervinden veel en kracht nodig zou hebben om te functioneren. Hieruit concludeerden we dat er een keuze gemaakt moest worden tussen de Sjorsinator en de Spinner. Voor deze keuze gingen we voor het concept dat het simpelst was en voor weinig problemen zorgt. Hieruit concludeerden we dat de Spinner ons definitieve concept werd om vervolgens uitgewerkt te worden. De Spinner is een niet al te moeilijk ontwerp. De uitwerking ervan was ook niet al te gecompliceerd. Er werd een goede isometrische tekening gemaakt en er moest een lasersnijbestand gemaakt worden. Voor het lasersnijbestand is er besloten om de grijper en de geleider uit PMMA te maken. De afmetingen voor de grijparm en een van de compartimenten ervan is hieronder te zien.
Voor ons definitieve ontwerp, de Spinner, moesten nog enkele andere onderdelen gemaakt worden. De onderdelen zijn te verdelen in:
Grijper
I-balk
Rechtgeleide
Frame
Draaischijf
Actuatoren
De grijper is volledig geassembleerd uit PMMA, met bouten en moeren. De appel wordt opgepakt met een serie elastieken binnen elke grijphand, waardoor er extra grip wordt bewerkstelligd is en de appel niet beschadigd raakt. De grijper is vastgemonteerd aan de I-balk. De aansturing van deze grijper wordt gedaan met de kleine actuator.
De I-balk is een 1.05 m lange balk met aan één kant een laminaatplankje. Dit is om de rechtgeleider soepel te laten in- en uitschuiven. In de groeve van de I-balk zit de actuator voor de grijpfunctie bevestigd.
De rechtgeleider is een sandwich-constructie opgebouwd uit PMMA, vier rubberen opzetstukken, bouten, moeren en hout. De rechtgeleider zit bevestigd aan het frame m.b.v. bouten, moeren en lagers. De rechtgeleider is zo ontworpen dat de I-balk door de passende vorm in- en uitschuifbaar is.
Het frame is een hardboard-plaat dat een verhoging aan een kant heeft; dit wordt bewerkstelligd door het opzetstuk. Aan de ene kant bevindt zich de draaischijf, en aan de andere kant de plaat waar de rechtgeleider aan hangt. Deze plaat wordt ondersteund door vier pilaren, die de ophoging van deze plaat bewerkstelligen.
De draaischijf heeft een vorm van een langgerekt ei. Het draait, met de dikkere kant, om de as van het middelpunt van de cirkels die aan de onderkant bevestigd zijn. De I-balk is bevestigd aan de dunnere kant van de draaischijf, waardoor de I-balk meedraait met de beweging. De rechtgeleider zorgt ervoor dat de I-balk ‘in een punt’ vastzit, waardoor de balk een U-vormige beweging maakt in het punt van de grijper. Verder wordt de draaischijf aangestuurd door de grote actuator.
De actuatoren zijn verdeeld in de grote en de kleine actuatoren. Voor het grijpmechanisme wordt er een kleine actuator gebruikt. Voor het bewegingsmechanisme van de I-balk wordt de grote actuator benut. Deze grote actuator is bevestigd op het hardboard-plaat van het frame. Deze actuator zorgt ervoor dat de draaischijf gaat draaien.
Het eerste onderdeel dat gebouwd werd was de grijper. Het grootste onderdeel van de grijper bestaat uit de laser gesneden PMDA-onderdelen. Deze onderdelen werden aan elkaar vastgemaakt door middel van bouten, moeren, elastieken en ijzeren staven. Nadat de grijper functionerend in elkaar gezet was, is er begonnen aan de I-balk, draaischijf en frame. Dit werd uitgevoerd door 3 groepen, die op het einde samen kwamen en alles in elkaar zetten.
De I-balk is in elkaar gezet door een dunne verticale plank tussen twee dunne horizontale planken te lijmen door middel van hout en lijm, en klemmen ter versteviging. Wanneer deze planken aan elkaar vastgelijmd waren werd een deel van de verticale balk weggezaagd om plaats te maken voor de grijper. Vervolgens is de grijper in de I-balk geplaatst en vastgemaakt.
Het frame is opgemaakt uit twee stukken houten laminaat en vier stukken hout met dezelfde hoogte en lengte. Een van de stukken laminaat was gezaagd in de vorm van een vierkant, en de ander was in de vorm van een rechthoek met twee keer de lengte van de vierkant. Aan de rechterkant van de rechthoekige laminaat werd op de plekken van de hoeken van de vierkante laminaat de vier stukken hout geplaatst en vast geboord. Op de houten ondersteuningen werd het vierkante stuk laminaat geplaatst en weer vastgeboord. Vervolgens is er een I-vormige houder, bestemd voor de I-balk, gehangen aan de vierkante laminaatplaat. Deze houder kan draaien door middel van een lager die gemonteerd is. In deze houder werd de I-balk geplaatst.
De draaischijf bestaat uit een katrol en een draai-arm. De draai-arm is gemonteerd op de katrol zodanig dat de draai-arm kan ronddraaien door middel van een touw die de katrol ronddraait. Vervolgens is er een stuk touw om de katrol geknoopt zodat er een hogere wrijving is tussen het touw die de katrol moet omdraaien en de katrol.
Als laatste zijn de actuators gemonteerd door middel van tie-wraps en monteer plaatjes. Een actuator is geplaatst op de I-Balk om de grijper aan te trekken en zodanig te sluiten. Hierbij is gebruik gemaakt van elastiekjes om het afstandsverschil van de actuator arm en de grijpers sluitmechanisme te compenseren. De andere actuator is vervolgens geplaatst op het frame, om de draai-arm aan te trekken en de grijper te laten ronddraaien. Hier is ook gebruik gemaakt van elastiekjes om de draai-arm terug te trekken wanneer de actuator weer uitgeschakeld wordt.
De constructie is in staat om met twee actuatoren, de appel te grijpen en naar de andere kant van de muur te verplaatsen. Hiervoor zijn twee actuatoren in werking gesteld, wat binnen de norm voor het gebruik van maximaal drie actuatoren valt. Contact tussen de muur en de appel wordt uitgesloten en de grijper is in staat om appels, verschillend in diameter (tussen de ca. 5 tot 10 cm) te kunnen grijpen en verplaatsen. Het mechanisme is met ca. 15-20 seconden per beweging in staat te opereren, echter is de terugtrekking van de grijparm naar de beginpostitie uitgesloten. Dit komt doordat de terugvering van de arm door wrijvingsfactoren en onvoldoende spanning niet kan worden verwezenlijkt met slechts de kracht van een actuator die hier in eerste instantie bestemd voor is. Dus de norm of het mechanisme binnen 30 seconden een complete beweging kan uitvoeren is nog echter onzeker, hoewel er hypothetisch kan worden gespeculeerd dat het wel mogelijk zou zijn, genomen dat de beweging van de arm an sich ongeveer een seconde in beslag zou nemen. Daarnaast is, door deze ontbreking, de norm van het tien keer achter elkaar kunnen herhalen van dezelfde beweging/routine door het ontwerp, nog niet voldaan aan deze norm.
Het bouwen werd verspreid over ca. 2,5 weken, waarbij aan het begin, ieder elk een eigen bijdrage leverde aan het uiteindelijke ontwerp door zelf een onderdeel te assembleren of de evaluatie te verrichten. Er zijn drie AWS-momenten nodig geweest om de uiteindelijke constructie te verwezenlijken, daarnaast is er ook af en toe nog voor gebruikgemaakt van de meetings aan de projecttafels, om nog het een en ander indien nodig te assembleren en/of aan te passen.
Terugkijkend op afgelopen weken is er veel goed/naar behoren en ook redelijk wat misgegaan. Om optimistisch te starten, zijn er wel overwegend meerdere dingen goed gegaan de laatste paar weken tijdens het ontwerpproject.
De grote positieve aspecten zijn: De werk-communicatieverhouding tussen groepsleden en inzet, iedereen wist wat hij moest doen en deed het ook, mogelijkheden voor het ontwerp bedenken, het definitieve ontwerp kiezen, het assembleren van de aparte onderdelen en de omgang tussen groepsleden (iedereen is respectvol met elkaar omgegaan en er zijn geen onnodige ruzies geweest).
Aspecten/situaties die wat minder gunstig zijn verlopen zijn: de verspreiding van de ontwerp informatie, de montage van de actuatoren, de beweging van het ontwerp, de website schrijven en het in- en uit elkaar halen van de grijper.
De verspreiding van ontwerpinformatie: Terugkijkend hadden we de metingen en algemene constructie van het ontwerp beter moeten verspreiden onder de groepsleden. Het probleem dat ontstond was dat er maar twee mensen waren in de groep die goed genoeg wisten hoe het ontwerp in elkaar zat om een effectieve bijdrage te leveren te zijn tijdens de constructie van de grijper. Hierdoor werd de rest van de groep afhankelijk van deze twee mensen en kon de rest als gevolg individueel te weinig doen. Dit leidde tot vertragingen en zelfs op momenten tot foute constructies die veel tijd hebben gekost.
Montage van de actuators: Er was te laat gekeken naar de montageposities van de acutators. Hierdoor zijn de locaties van de actuatoren en de manier waarop ze gemonteerd werden gehaast, ineffectief en geïmproviseerd geïmplementeerd.
De beweging van het ontwerp: Wanneer de grijper volledig in elkaar gezet was bleek dat de onderdelen minder goed en soepel bewogen dan verwacht, met speciale betrekking tot de draaiarm, die te veel weerstand bood om door elastieken terug getrokken te kunnen worden naar de originele stand. Dit kwam doordat er niet voldoende rekening werd gehouden met de weerstand die het hout (waar de draaiarm van gemaakt is) zou kunnen geven. Ter oplossing van het spanningsprobleem, heeft men ernaar gestreefd om extra elastieken toe te voegen, maar helaas zonder succes. Aldus is er overgestapt naar het hanteren van extra grafietpoeder op het plateau waar de draaicirkel op roteert, grafietpoeder tussen de groeven van de draaicirkel en de touwen (die onder spanning staan aan een kant door de elastieken) en tussen de bovenkant van de draaicirkel en I-balk, om dit element zo soepel mogelijk te laten bewegen.
Dus de norm of het mechanisme binnen 30 seconden een complete beweging kan uitvoeren is dan nog echter onzeker, hoewel er hypothetisch kan worden gespeculeerd dat het wel mogelijk zou zijn, genomen dat de beweging van de arm an sich ongeveer een seconde in beslag zou nemen. Daarnaast is, door deze ontbreking, de norm van het tien keer achter elkaar kunnen herhalen van dezelfde beweging/routine door het ontwerp, nog niet voldaan aan deze norm.
Schrijven van de website: Het schrijven van de website is door een gebrek aan research gehaast gedaan. Er was niet genoeg gekeken naar de geëiste layout van de website, hierdoor hebben, na een opmerking over de layout, gehaast uitbreidingen aan de website plaats moeten vinden, zodat er een ‘Methode, Resultaten, Discussie en Evaluatie’ structuur kwam. Dit leidde tot kwaliteitsverlies.
In en uit elkaar halen van de grijper: De grijper bleek moeizaam uit elkaar te halen te zijn. Dit leidde tot vertragingen wanneer er veranderingen aan het ontwerp wensten te worden gepleegd. Het gevolg was dat we onze AWS-mogelijkheden niet effectief en volledig hebben kunnen benutten. Dit verbeterpunt hangt samen met het verbeterpunt ‘De verspreiding van ontwerp informatie’, vanwege het feit dat de moeilijkheden tijdens het in en uit elkaar halen van de grijper ook te maken hadden met de gebrek aan kennis van het apparaat.
