Appelgrijper WB 81

Ontwerpproject WB81

HET ONTWERPPROCES

Mogelijke ontwerpen per onderdeel

Beweging naar appel

Appel pakken

Beweging langs muur

BEOORDELING

Afwegingen

Obstakels en overwinningen

EVALUATIE

Haalbaarheid

Sterkte

Gewicht

Precisie

Schaarmechanisme met wiel

Schaar verstevigd met stang

4 stangen mechanisme

Schaar verstevigd met touw

Kermisgrijper

Schaargrijper

2 schalen grijper

Heftruck vork

Om muur heen draaien

Achterlangs draaien

Rails

Onderdelen

Materiaalkeuze

Afmetingen

Montage

Om tot een goede grijper te komen, hebben we eerst bepaald aan welke eisen en wensen het ontwerp moet voldoen en weegfactoren aan de wensen gegeven. Vervolgens heeft iedereen een eigen grijper ontworpen, die we daarna per onderdeel per criteria beoordeeld hebben. Zo konden we de beste onderdelen uitkiezen en de uiteindelijke grijper hieruit samenstellen.

Na overleg hebben we unaniem besloten dat de eisen als volgt zijn:

Eisen Appel oppakken in midden platform Appel niet beschadigen De grijper bevindt zich niet boven het platform op het moment van starten en eindigen

Onze wensen zijn onder te verdelen in 4 categorieën. Omdat we niet elke wens even belangrijk vinden, hebben we weegfactoren gegeven aan de indivudiele categorieën. Deze weegfactoren zijn door overleg tot stand gekomen en door per wens te kijken welke andere wensen deze verslaat in belangrijkheid

Het ontwerp moet goed en relatief makkelijk te bouwen zijn. Dit is belangrijker dan de andere criteria en krijgt daarom de weegfactor 5

Onze modellen moeten sterk genoeg zijn om de appel te kunnen dragen zonder veel door te buigen of te breken Dit is belangrijker dan precisie en gewicht en krijgt de weegfactor 4.

Hoe lichter de grijper, hoe minder kans op doorbuigen en breken. Dit is belangrijker dan precisie en krijgt de weegfactor 3

We willen dat de grijper de appel zo dicht mogelijk bij het centrum van het plateau neerlegt. Dit criterium krijgt de weegfactor 2

Bekijk de ontwerpen

De actuator is in de lengte gericht. De schaar en actuator zijn bevestigd aan de de basis met het beginpunt, het geheel wordt rechtgehouden door middel van touwtjes. Onder het eindpunt zit een wiel voor stevigheid in de hoogte richting.

eenvoudig
makkelijk te bouwen
nauwkeurig
buigt niet door

aankoop wieltje

Lijkt op het vorige schaarmechanisme. Voor versteviging is hier voor een stang door het midden gekozen. Deze zit vast aan de schakels door een gleuf met daardoorheen bouten met moeren.

stevig wanneer ingeklapt

neemt veel ruimte in
lastige bevestiging stang
aankoop stang

Eenvoudig mechanisme. De actuator zit schuin onder de onderste stang en duwt het mechanisme omhoog. Het linker gedeelte zit vast aan de muur en kan niet draaien.

geheel van PMMA te maken
nauwkeurig
eenvoudig

niet goed bestand tegen torsie

Vergelijkbaar met de eerdere schaarmechanismes. Dit ontwerp heeft een touw aan de bovenkant van het uiteinde van de grijper om doorbuiging te voorkomen.

makkelijk te maekn

onnauwkeurig
slap

Boven zit de actuator. Wanneer deze uitschuift, duwt hij tegen het plateau in het midden. Door de scharnierpunten zorgt dit voor het uitklappen van de pootjes.

appel beschadigt niet
nauwkeurig

moeilijk te bouwen
niet van PMMA te maken

Tussen de uitsteeksel van de schaardelen zit de actuator. Tussen de uiteindes en het scharnierpunt is elastiek gespannen, zodat de appel de grijper niet aanraakt en niet beschadigd.

eenvoudig
sterk
nauwkeurig

neemt veel ruimte in

Concept van werking is vergelijkbaar met de kermisgrijper. Nu zijn in plaats van 3 pootjes, 2 schalen in de plaats gekomen. Deze klappen om de appel heen en vormen een bakje, zodat de appel er niet uit kan.

goede bescherming appel

moeilijk te maken
zwaar
onnauwkeurig

Schuift als een heftruckvork onder de appel. De actuator zit er direct achter geplaatst, aangezien er geen overbrenging nodig is (de gemiddelde appeldiameter is 8cm en de actuator heeft een slag van 10cm)

eenvoudig ontwerp
te maken uit PMMA

onnauwkeurig
appel kan rollen

Door de arm in te trekken wordt de arm klein genoeg om voor of boven de muur langs te kunnen draaien. De actuator zit met een pin vast aan de muur en aan de zijkant van de arm.

eenvoudig te maken

instabiel
onnauwkeurig

Door achter de muur langs te draaien, hoeft er geen apart mechanimse gemaakt te worden om naar de appel toe te bewegen.

actuator minder nodig

tandwiel nodig (lastig)
onnauwkeurig
neemt veel ruimte in
kans op doorschieten

De grijper wordt met een platform aan 2 rails vastgemaakt. Een schaarmechanisme is nodig voor de overbrenging van de slag van de actuator naar de beweging over de rails.

sterk
nauwkeurig
corrigerend voor hoogte
eenvoudig

schaarmechanisme nodig
inkoop rails

Al deze ontwerpen hebben hun voor en nadelen. Om hier overzicht op te krijgen, hebben we alle opties in een schema gezet. Vervolgens hebben we met ons team gediscussierd hoe danig het ontwerp aan onze eisen en wensen voldoet. Op basis hiervan kennen we punten toe per ontwerp per criteria. Door deze punten te vermenigvuldigen met de weegfactor zoals hiervoor aangegeven, krijgen we een score per ontwerp.

BEWEGING NAAR APPEL	Weegfactor	Schaar met wiel	Schaar met stang	4 stangen	Schaar met touw
Haalbaarheid	5	5	4	5	4
sterkte	4	5	5	4	4
gewicht	3	4	3	5	5
precisie	2	5	5	5	4
score		67	59	66	59

Beweging langs muur	weegfactor	Om muur heen draaien	Achterlangs draaien	Rails
Haalbaarheid	4	3	2	4
precisie	3	3	2	5
score		21	14	31

Beweging naar de appel toe
Het grootste probleem in onze ogen voor de beweging naar de appel toe is het doorbuigen van de constructie. Dit zorgt ervoor dat de beweging erg onnauwkeurig wordt en lastig aan te sturen is. Ook wilden we een constructie die de appel daadwerkelijk vast kon houden zonder dat de constructie kapot ging. Na goed overleg zijn we uiteindelijk tot te conclusie gekomen dat het schaarmechanisme met wiel het beste past bij wat wij willen. Het wiel voorkomt doorbuiging van de scharen en ondersteunt daarmee de beweging naar de appel toe. Ook maken de scharen het mogelijk om de grijper precies op de goede positie te laten komen, wat precies is wat wij willen.

Appel pakken
De keuze voor de soort grijper die we wilden gebruiken was snel gemaakt. De grijper moet voorkomen dat de appel kapot gaat en moet ervoor zorgen dat de appel op de juiste plek terecht komt. Hiervoor mag de grijper niet te zwaar zijn en moet deze eenvoudig gemaakt kunnen worden. Dit is de reden dat wij voor de schaargrijper gekozen hebben. Het enige nadeel dat deze grijper heeft (de ruimte die het in beslag neemt) zou makkelijk opgelost moeten kunnen worden door middel van een aantal berekeningen die de grijper precies passend maakt.

Beweging langs de muur
Om de 16 mm te overbruggen die de appel uiteindelijk omhoog moet en een exacte verplaatsing, is er gekozen voor de rails. De rails zorgt voor een mooie soepele beweging langs de muur en een precieze verplaatsing van 26 cm is zeer eenvoudig dat maken hiermee.

	Gekozen onderdeel	Materiaal
Naar appel	Schaarmechanisme met wiel	PMMA
Appel pakken	Schaargrijper	Multiplex hout
Om muur heen	Rails	Staal

Om de onderdelen van het project te maken hadden we de keuze tussen meerdere materialen: PMMA, multiplex, staal, etc. Het PMMA werd ter beschikking gesteld door de TU, andere materialen moestn we zelf kopen. Voor deze laatste categorie hebben we een budget ingesteld van maximaal 60 euro. Voor de grijper hebben we besloten om multiplex te gebruiken, aangezien dit vrij goedkoop en makkelijk te bewerken is. We hebben de 2 armen van de grijper op een stuk multiplex getekend en vervolgens afgezaagd. Multiplex is een star materiaal, heeft een goeie grip op de appel, is niet te zwaar en is heel handig als je een specifieke vorm wil hebben. Het schaarsysteem is gemaakt van PMMA onderdelen. De onderdelen van het schaarsysteem moeten precies de goede lengte hebben voor een goede werking en lasersnijden is een perfecte technologie om deze precisie te behalen. Dit kan alleen met PMMA, dus daarom hebben we voor de scharen PMMA gekozen. Voor de verplaatsing langs de muur hebben we stalen rails gekocht. Staal is sterk en kan een grotere massa dan multiplex en PMMA ondersteunen. Dit is nodig omdat deze rails natuurlijk de hele grijper met schaarmechanisme en platform dragen. Bovendien is het moeilijk om zelf een rails te bouwen van bijvoorbeeld hout of PMMA. De grijper is verbonden aan de rails met een platform. Als materiaal voor het platform hebben we multiplex gekozen. Multiplex is het handigste materiaal om in te boren en de rails aan vast te maken.

Nu we weten hoe we het uitendelijke ontwerp eruit gaat zien, is het tijd om de exacte afmetingen te berekenen. Hiernaast en -onder zijn de uiteindelijke afmetingen weergegeven in millimeter. Deze zijn bepaald door terug te rekenen vanaf de gewenste winst per mechansime. Bij de grijperschaar moet de winst precies 13 cm zijn, zodat de appel precies op het midden van het platform terecht komt. Bij de railsschaar moet de winst 26cm zijn. Deze winst moet bij beide scharen behaald worden met een invoer van 10 cm. Dit volgt uit dat de uitschuiving van de actuator 10cm is. Vervolgens hebben we met behulp van de geometrische vorm van de schaar de afmetingen bepaald. Deze berekeningen hebben we gecontroleerd door een digitaal model van de schaar te maken.

RECHTS: De grijperschaar

ONDER: De railsschaar

We hebben voor een groot deel bouten en moeren gebruikt voor de montage van ons project. Om de armen van de grijper aan elkaar vast te maken, hebben we eerst gaten geboord, daarna hebben we bouten en moeren gebruikt. We dachten dat dat de beste manier zou zijn, we kunnen namelijk bepalen hoe strak de armen aan elkaar moeten zijn. Het schaarsysteem hebben we ook met bouten en moeren gemonteerd. Het maakt het systeem stevig en goed om een grijper te ondersteunen. Het schaarsysteem moet vastgemaakt worden aan de rails. We hebben dus besloten, een multiplex plank te gebruiken om de rails en het schaarsysteem aan vast te maken. Het leek ons het beste om gaten te boren en vervolgens bouten en moeren te gebruiken. De rails hebben we met bouten en moeren vastgemaakt aan een multiplex plank, die zelf vast zit aan de witte plaat. We hebben ook elastieken gebruikt om bepaalde onderdelen recht te houden. Deze hebben we bevestigd met haakjes die we in het hout konden schroeven.

Tijdens ons eerste AWS-moment kwamen we erachter dat de grijperhand zoals we die toen hadden ontworpen niet mogelijk zou zijn vanwege een te brede uitgeschoven stand. Door de vierkante vorm van de grijperhand zou een van de hoeken de muur gaan raken. Toen hebben we terplekken een nieuw ontwerp gemaakt voor de grijperhand, dit werd een driehoek. Bij de uitgeschoven stand loopt de driehoek parallel aan de muur en is er dus geen kans tot raken. Helaas toen we de grijperhand en opzetstuk van de muur wilden uitzagen bleek AWS geen juiste zagen hiervoor te hebben waardoor we het thuis moesten doen.

Het tweede AWS-moment was echter al stukken beter. Tijdens onze projecturen hebben we de grijper grotendeels in elkaar gezet, het enige wat we in de AWS nog moesten doen was de actuatoren verbinden. Toch kwamen we er in AWS achter dat de grijper verre van optimaal werkte en zeker niet zo goed als dat we hadden verwacht. De grijper botste tegen het platform omdat het teveel door kon buigen. Ook bewoog de grijper niet stabiel langs het bord waardoor hij soms schuin kwam te staan. Na veel te hebben geprobeerd met elastieken en andere noodoplossingen kwamen we niet tot een goede poging.

In de laatste week hebben we nog een plek weten af te dwingen bij AWS. We namen de tips van de projectdocent en de verbeterpunten uit het vorige AWS-moment mee en zijn daardoor gelukkig tot een goed resultaat gekomen. We hebben de grijper hoger op de bout van het wieltje gezet d.m.v. ringetjes tussen het wieltje en de grijperhand te plaatsen. Hierdoor kwam de arm hoger te staan en kon de appel op het platform worden geplaatst.

Nu we klaar zijn met het fabriceren en testen en fabriceren van de grijper kunnen we over eens zijn dat onze grijper naar behoren werkt. Maar toch blijft er altijd nog ruimte voor verbetering, zo ook bij ons.

Een van de puntjes waar we tegenaan liepen met het testen was dat de opening van de grijperhand niet altijd genoeg open stond. Dit zorgde ervoor dat de appel af en toe werd weg getikt of simpelweg niet paste. Om dit te voorkomen moesten we de appel altijd op precies de goede plek zetten zodat de grijperhand er net omheen paste. Ook bij het neerzetten op het plateau ondervonden we problemen hiermee omdat bij het wegtrekken van de arm de appel nog weleens weer meegetrokken werd. Dit had verholpen kunnen worden door de actuator iets dichter bij het draaipunt te zetten of de ‘vingers’ van de grijper iets korter te maken waardoor er altijd iets van een opening is maar de appel wel klemt.

Een ander verbeterpunt aan de grijper was de schokkende zijwaartse verplaatsing. Dit wilde we voorkomen door elastieken te plaatsen aan de voet van de arm. Maar helaas resulteerde dit in de actuator die naar de appel toe moest bewegen niet meer volledig uit schoof. Dus de middenweg was slechts een enkel elastiek per zijde om toch nog enigszins de schokken te dempen.

Laatste punt is dat de appel vaak tegen de rand van het plateau botste. We wilde de verticale verplaatsing realiseren door de rails in een hoek te zetten wat een hoogtewinst van 16 mm zou opleveren. Helaas was dit niet de realiteit door de doorbuiging van het materiaal en de speling in de gaten. Bij de ontwerpfase hadden we dit al opgemerkt dus hadden we bedacht een wiel aan het uiteinde van de grijper te monteren. Helaas met wiel was de doorbuiging nog steeds te groot. Vervolgens hebben we nog tijdens het testen het wiel wat verlaagt om de appel weer te verhogen. Helaas bleef nog steeds een klein stukje van de appel de rand raken. Wat hier eventueel nog een oplossing voor kan zijn is de hoek van de rails nog groter maken en/of het wiel nóg lager plaatsen.
Toch al met al wordt de appel wel verplaatst van het begin naar eindpunt en dus is de opdracht wel geslaagd.

Appel pakken

Weegfactor

Kermisgrijper

Schaargrijper

Elektrische grijper

Heftruckvork

Haalbaarheid