Op dit gedeelte van onze website wordt gedetaileerd iedere stap uitgelegd die het team heeft gedaan
om aan het uiteindelijk resultaat te komen. Voorbeelden van elementen die u hier zal aantreffen zijn:
het programma van eisen en wensen en de morfologische kaart
Welkom op de site van projectgroep 32. Wij gaan met behulp van deze site laten zien hoe we van de eerste ruwe concepten in ons hoofd naar een fascinerende en werkende grijper zijn gegaan.
Ons team moet een mechanisme ontwerpen dat een appel kan oppakken en op een naastgelegen plateau kan plaatsen, terwijl het mechanisme een obstakel omzeilt.
Een andere vereiste van dit mechanisme is dat het aangedreven moet zijn door maximaal drie pneumatische actuatoren. Met behulp van de wekelijkse colleges vergaren we nieuwe informatie, die we daarna kunnen toepassen tijdens het ontwerpprocess van onze grijper. Deze nieuwe inzichten bespraken we daarna met onze projectleraar en onze mentor. Wij zijn Kiet Foeken, Joris Mooij, Tim Roozendaal, Martijn Majoie, Stijn de Leuw en Sergio Kazatzidis en samen vormen wij projectgroep 32.
Eisen en wensen
Eisen
De appel moet over het schot van 26cm bij 26cm.
De grijper begint en eindigt niet boven het vlak van 26cm bij 26cm onder de appel.
De appel moet een uur na de handeling er visueel hetzelfde uitzien als voor de handeling.
De grijper kan appels met een diameter tussen 5.5cm en 8.6cm oppakken.
De appel moet niet midden in de handeling uit de grijper vallen.
De appel moet na de handeling precies in het midden van het vlak van 26cm bij 26cm staan.
Geen scherpe dingen aan de uiteinden.
De actuatoren moeten snel in- en uitgebouwd kunnen worden.
De appel mag na de handeling niet ondersteboven staan.
De constructie mag tijdens de handeling geen onderdelen verliezen.
De grijper moet door pneumatische actuatoren aangedreven worden.
Wensen
En deze wensen:
Het ontwerp moet gerealiseerd kunnen worden uit een PPMA blad van 490mm bij 240mm.
De eigen kosten mogen niet groter worden dan €10
De maximale acceleratie moet groter zijn dan 0.5g
De grijper moet door ieder persoon bestuurbaar zijn.
Morfologische kaart
Klik om te vergroten
In de morfologische kaart hebben we de verschillende concepten globaal geschetst die mogelijk tot het succesvol verplaatsen van de appel leiden. De rijen van deze kaart representeren de hoofdonderdelen die de grijper heeft. In de kolommen worden de mogelijke uitwerkingen gegeven waar wij als team mee zijn gekomen.
Ontwerpproces
Hier ziet u de verschillende delen van ons ontwerpproces.
Klik om te vergroten
Gewogen kaart
We hebben onze eisen omgezet naar deze tabel en hebben elke eis een gewicht gegeven. We hebben elk van onze deelconcepten ...
We hebben onze eisen omgezet naar deze tabel en hebben elke eis een gewicht gegeven. We hebben elk van onze deelconcepten een cijfer gegeven op elk van de eisen. Dit hebben we gedaan na een goed overleg tussen de teamleden.
Ontwerpen uitgetekend
Hier ziet u de concepten uitgetekend door de verschillende teamleden, met behulp van de tekenregels van Handtekenen.
We hebben als groep lang nagedacht over verschillende systemen om de zijwaartse beweging van 26cm te maken en om genoeg hoogte te generen om de appel over een schot van 26cm hoog te kunnen tillen. Wat we hoog in het vaandel hebben is nauwkeurigheid maar ook het neerzetten van een simpele grijper die de beweging meerdere malen hetzelfde kan uitvoeren. Een grote inspiratiebron voor ons was het hele mechanisme van een graafmachine. Een deel van dat mechanisme is ook terug te zien in ons eindresultaat.
Definitief ontwerp Grijper
Dit is het uiteinde van de grijper; de klauw waarmee de appel opgetild wordt. De klauw werkt als volgt: onderdeel 1 is een vierkant met een gat met een straal van 12 mm erin. Dit vierkant wordt bij het gat aangesloten op het midden van de actuator, deze kan dus niet bewegen. Aan onderdeel 1 zitten vier verbindingsstukken, onderdelen 2, scharnierend vastgemaakt die onderdeel 1 verbinden aan de acht vingers van de grijper, onderdelen 4. Door deze verbinding blijven de scharnierpunten van onderdelen 2 en 4 op een vaste afstand van Onderdeel 1. Onderdeel 3 is een vierkant dat vast wordt gemaakt aan het uiteinde van de dunne cilinder van de actuator. Hierdoor kan onderdeel 3 verticaal bewegen. Het gevolg hiervan is dat de punten waar onderdelen 4 scharnierend vastgemaakt zijn aan onderdeel 3 ook verticaal bewegen. Deze verticale beweging en het feit dat de scharnierpunten halverwege de vingers op een vast afstand van onderdeel 1 verwijderd is, maken dat wanneer de actuator uitklapt en onderdeel 3 dus omlaag beweegt, de vingers naar buiten bewegen en wanneer de actuator inklapt en onderdeel 3 omhoog beweegt de vingers naar binnen bewegen.
Definitief ontwerp Parallellogram
De constructie die wij hebben gebruikt om de zijwaartse beweging uit te voeren is een simpele parallellogram constructie waarbij de grote actuator het parallellogram van een hoek van 45° naar een hoek van 135° duwt. Dit om te voorkomen dat de constructie bij een hoek kleiner dan 45° in een dood punt terecht zou komen. Om 26cm verplaatsing te generen moeten de benen van het parallellogram (26/2)/cos45°= 18,4cm lang zijn. Voor algehele stabiliteit is gekozen voor een dubbele parallellogram met daartussen een plaat waarop loodrecht de hefboom is gemonteerd.
Definitief ontwerp Hefboom
De hefboom is gebaseerd op de arm van een graafmachine en in staat met een kleine beweging van de actuator veel hoogte te winnen daar waar de grijper is bevestigd. De parallellogram is bij het passeren van het schot 18,4cm hoog plus de uitgestrekte hefboom van 38cm is dit voldoende om de grijper met lengte 28 cm over het schot te krijgen.
Om precisie niet alleen op papier maar ook in de praktijk te kunnen waarborgen hebben wij gebruik gemaakt van verschuifbare klemmen waaraan twee actuatoren bevestigd zijn, zodat de appel op een centimeter nauwkeurig kan worden verplaatst.
Klik om te vergroten
Lasersnij bestand maken
Aan de hand van de berekeningen die in de stap hiervoor zijn gemaakt heeft het team specifieke onderdelen ontworpen uit PMMA. Deze onderdelen zijn met behulp van ...
Aan de hand van de berekeningen die in de stap hiervoor zijn gemaakt heeft het team specifieke onderdelen ontworpen uit PMMA. Deze onderdelen zijn met behulp van Solidworks getekend in een DXF-bestand. De voorkeur die het team had was om zoveel mogelijk onderdelen uit het PMMA te maken, vanwege de nauwkeurigheid en de strakke afwerking die dit voor het ontwerp biedt. Met name de totale oppervlakte van de PMMA plaat die bij het project werd geleverd was een beperking voor ons als team, omdat dit ons begrensde om niet alle onderdelen uit PMMA te maken.
Deviaties tijdens het assembleren
In deze paragraaf brengen we de kleine aanpassingen in ons ontwerp aan het licht, die wij als team hebben gemaakt ...
In deze paragraaf brengen we de kleine aanpassingen in ons ontwerp aan het licht, die wij als team hebben ondernomen. We hebben deze veranderingen met name gedaan, omdat het vanwege praktische redenen niet anders kon of omdat het ons ontwerp ten goede zou doen.
Tijdens het project zijn we tegen een aantal problemen aangelopen, deze hebben we hieronder beschreven:
Het originele ontwerp voor de grijpklauw zou niet genoeg naar wens gewerkt hebben, hierdoor moesten we een paar dagen voor het inleveren van ons laser-snijbestand dit ontwerp aanpassen.
De lasersnijders maakten een fout bij twee van de onderdelen van PMMA, gelukkig konden we deze nog een keer laten lasersnijden wij de IWS.
De maten van de actuatoren en daarmee de maten die onze onderdelen moesten krijgen waren door meetfouten of miscommunicatie niet bekend bij ons. Hierdoor konden we twee onderdelen niet gebruiken zoals we wilden.
Één van deze onderdelen was een vierkant dat om de actuator heen moest komen te hangen. Aan dit vierkant moesten verbindingsstukken komen die het vierkant aan de vingers van de klauw vast zou maken. Omdat deze niet meer pasten, hebben we deze onder het brede deel van de actuator vastgemaakt en omdat we meerdere gaten hadden laten maken in het verbindingsdeel en hierdoor wat speling hadden werkte het systeem nog steeds. Het andere onderdeel dat verkeerde maten had was het vierkant dat aan het uiteinde van het dunne deel van de actuator vast zit en waaraan de vingers van de klauw scharnierend vastzitten. Dit onderdeel hebben we moeten vervangen door een vergelijkbaar houten vierkant.
Toen de hele constructie in elkaar gezet was bleek dat de grote actuator niet genoeg kracht kon leveren om de parallellogram-constructie naar de andere kant te brengen. Dit komt doordat de beweging die de constructie maakt over een boog loopt en dit betekent dus dat de actuator de hele constructie een stuk omhoog moet tillen. De actuator is in principe sterk genoeg om dit te doen, maar wanneer de benen van de parallellogram een te kleine hoek met de grond maakte (ongeveer 45 graden), was de arm van de kracht die de actuator uitoefende zo klein dat de actuator niet genoeg moment kon leveren om de constructie op te tillen. Hierdoor viel de constructie als het ware in een dood punt. Dit probleem hebben we opgelost door de actuator op een hogere positie aan de vaste grond te verbinden.
Nadat alle maten afgesteld waren hebben we een paar onderdelen vastgelijmd om te zorgen dat er minder speling in de constructie was en de constructie werd hierdoor sterker. Één van de onderdelen is echter op verkeerde hoogte vastgelijmd. Het gevolg hiervan is dat een groot deel van de constructie een paar centimeter lager terecht kwam en hierdoor raakte de klauw van de grijper de grond nog voordat deze op zijn laagste punt terecht was gekomen. Dit probleem hebben we opgelost door de houten plank, waarop de hele constructie bevestigd is, met hout een paar centimeter te verhogen.
In bepaalde (langere) onderdelen kan wat speling ontstaan, omdat deze een redelijk grote kracht te verduren krijgen of omdat deze op te weinig plaatsen vast zitten. Dit probleem hebben we bij bepaalde onderdelen weten op te lossen, bijvoorbeeld door het met lijm te versterken, maar bij andere onderdelen is er nog steeds wat speling.
Wat we beter hadden kunnen doen:
We hadden eerder moeten beginnen met het tekenen van de volledige constructie met alle onderdelen. Dit had kunnen voorkomen dat we onderdelen met verkeerde maten hadden en hierdoor hadden we over het algemeen meer overzicht en ruimte voor verbeteringen.
We hadden kunnen voorkomen dat de parallellogramconstructie in een ‘dood punt’ viel door de verticale poten langer te maken. Als we dit gedaan hadden hoefde de constructie over een minder grote hoek bewegen en dit had de last op de actuator kleiner gemaakt.
Klik hier voor de animatie
SolidWorks Animatie
De verschillende onderdelen die ervoor zorgen dat de grijper met grote precisie appels kan verplaatsen zijn door ons uitgewerkt in SolidWorks
We hebben SolidWorks gebruikt om onze ideeën vorm te geven. Omdat sommige dingen lastig op papier
uit te leggen zijn hebben we het ook kunnen uitbeelden in SolidWorks. Toen alle onderdelen die laser
gesneden moesten worden in een DXF bestand waren gezet, konden we die gelijk in SolidWorks
gebruiken om een 3D-ontwerp te assembleren, hierbij heben we verschillende mates en advanced
mates gebruikt, om tijd te besparen in de onderdelen zoals bouten en moeren. Nadat we elk deel van
de grijper individueel in SolidWorks gezet hadden konden we het ook in een geheel op het
programma krijgen. Helaas ging het programma hier trager van lopen met de verschillende
subassemblages. Dus hebben we elk onderdeel in een keer geassembleerd in het uiteindelijke bestand.
Daarna waren de posities van de grijper handig in te stellen met de mate controller. Tenslotte
hebben we van elk onderdeel van de grijper apart en bij elkaar een animatie kunnen maken om onze
ideeën voor de bewegingen goed te kunnen schetsen.
Team
Hieronder vindt u een kleine beschrijving van ieder teamlid met daarbij hun grootste bijdrages in het project en hun specialiteiten.
Kiet Foeken
Chairman
Geboren op 28-10-1999 Leiderdorp, Nederland
Sergio Kazatzidis
Sr. Web Developer
Geboren op 08-09-1999 Barcelona, Spanje
Stijn de Leuw
All-rounder
Geboren op 27-05-1998 Veghel, Nederland
Martijn Majoie
Handyman
Geboren op 23-08-1998 Antwerpen, België
Tim Roozendaal
Designer
28-12-1999 Leiden
Joris Mooij
Solid Works Animator
Geboren op 07-10-1999 Almere, Nederland
Kiet Foeken
Chairman
Geboren op 28-10-1999 Leiderdorp, Nederland
Sergio Kazatzidis
Sr. Web Developer
Geboren op 08-09-1999 Barcelona, Spanje
Turbogrijper
Hieronder zijn de verschillende stadia van onze grijper weergegeven in een fotogallerij.
We laten met behulp van dit filmpje zien hoe onze grijper werkt.
Conclusie
De grijper werkt goed. We zijn met name trots op de grijper zelf. Wel hebben we om de grijper nog precieser te maken aanpassingen gemaakt aan de grijper. Na het uitvoerig testen van ons uiteindelijke ontwerp zijn wij als team tot de conclusie gekomen dat er verschillende factoren nog verbeterd hadden kunnen worden aan ons ontwerp. Het eerst aspect aan ons ontwerp dat nog verbetering kan hebben is het feit dat het hefboommechanisme geen geleidelijke beweging kan uitvoeren en in bepaalde afstellingen zelfs geen beweging kan uitvoeren dit is te verhelpen door een contragewicht te plaatsen aan de kort arm van de hefboom. Dit vermindert de kracht die nodig is voor de actuator en neutraliseert de overgang tussen de uiterste standen. Daarnaast hebben we na verschillende metingen gemerkt dat het parallellogram mechanisme door de aanwezigheid van het dode punt binnen ons bewegingsbereik, ook niet optimaal functioneert. Dit zou voornamelijk met een trekveer kunnen worden verholpen zodat de maximale stand net voor het dode punt wordt begrensd.
