Koffiemaster 16.0
Welkom op de website van WB16!

Inleiding

Hier rechts zie je het resultaat van een aantal weken hard werken aan het projectvak Technische Systemen. Na veel bloed, zweet en tranen kunnen we laten zien waar wij het afgelopen kwartaal onze tijd in hebben gestopt; onze eigen grijper! Op deze site zal je alle informatie vinden over het ontwerpen, maken en testen van de grijper. Hoewel de vooraf opgegeven opdracht erg vrij was, waren er wel een paar ontwerpeisen waar wij rekening mee dienden te houden:

- De grijper moet vanuit een hoge positie omlaag komen om iets te grijpen

- De grijper moet een bekertje op kunnen pakken van maximaal een halve kilogram

- De minimale tilhoogte is 250 mm

- De maximale inbouwbreedte is 250 mm

- Er mag gebruikt gemaakt worden van maximaal 1 grote en 2 kleine actuatoren.

Met deze eisen zijn wij aan de slag gegaan en zoals u verder kunt zien op onze pagina hebben wij hiermee een perfect werkende grijper weten te produceren. De grijper bestaat grotendeels uit hout en perspex, met uiteraard schroeven en andere verbindingsmechanismes om de boel bij elkaar te houden. Op deze website laten we zien hoe we stapsgewijs tot onze grijper zijn gekomen die tot deze website als eindresultaat heeft geleid.

Veel kijk- en leesplezier!

De engineers

Dit zijn de leden van WB16 die de ‘Koffiemaster 16.0’ verwezenlijkt hebben:

Luca Sopar Daisy Robijns Jelle van Steekelenburg Lyke van Dalen Lauran de Jong Quinten de Wit

Keuze

Voor het project moesten wij allemaal een schets maken van een mogelijke grijper. Dit hebben wij gedaan tijdens een instructie. Hier zijn drie van onze schetsen:

Figuur 1: Het ontwerp van Quinten Figuur 2: Het ontwerp van Daisy Figuur 3: Het ontwerp van Jelle

Om tot een uiteindelijk ontwerp te komen hebben wij een tabel gemaakt. Hierin staan voor ons belangrijke punten. De punten:

- Eenvoud: Is de grijper makkelijk om te maken? Dit vonden wij erg belangrijk, aangezien wij niet al te veel tijd hadden om de grijper te maken. Het kreeg daarom een weging 0.7.

WB

- Kosten: Is het benodigde materiaal niet te duur? Dit had een weging van 0.5, omdat de kosten niet al te hoog mochten worden. het is echter niet heel erg als het wat prijziger zou worden.

- Stevigheid: Is de grijper wel stevig genoeg om een bekertje op te pakken? Dit was voor ons het belangrijkste punt, omdat het de taak is van de grijper om een bekertje op te kunnen pakken, daardoor was de weging 0.8.

- Haalbaarheid: Is de grijper wel haalbaar om te maken? Dit is natuurlijk ook een belangrijk punt, want wij willen natuurlijk wel de grijper kunnen maken, daarom de weging 0.7.

- Originaliteit: Is het idee origineel? Het is leuk als de grijper er goed uit ziet, maar het is niet dé doorslaggevende reden om de grijper niet te maken, vandaar de weging 0.3.

Figuur 4: Het morfologisch overzicht van de 6 verschillende grijpers. Hieruit volgde dat Het ontwerp van Jelle overall gezien het beste is.

Ontwerp en realisatie grijper

Nadat we het ontwerp van Jelle hadden verkozen tot beste ontwerp moesten we bedenken hoe we de grijper gingen bouwen, wat we wilde laten lasersnijden en welk materiaal we zouden gebruiken voor de rest van de grijper. We hebben gekozen voor hout als aanvullend materiaal aangezien dit gemakkelijk te bewerken is en eenvoudig is om aan te komen. Nadat we de juiste afmetingen hadden bepaald wilden we de onderdelen uitzagen. Helaas bleek het nog een behoorlijke klus om uit één plank alle verschillende drie dimensionale stukken hout te zagen. Gelukkig hadden wij (als gemotiveerde Werktuigbouwkundigen in spe) nog materiaal met de geschikte afmeting thuis.  Vervolgens heeft Quinten de onderdelen uitgezaagd. Tijdens het assembleren van de grijper kwamen we er achter dat we bij een berekening geen rekening hadden gehouden met de dikte van het perspex, waardoor we geen schroeven konden aanbrengen. Gelukkig hebben we, door plaatjes aan elkaar te lijmen van het perspex dat we overhadden, uiteindelijk de gewenste dikte verkregen. . Tijdens het testen van de grijper liepen we nog tegeneen enkel probleem aan; Het gat voor de actuator was toch echt te klein. Geen probleem, even vijlen en ook dit probleem was weer opgelost, waardoor we daadwerkelijk konden gaan testen.

Figuur 5 t/m 9: De simulaties van onze grijper in Matlab. Hierin zijn de uiterste standen weergegeven. Van linksboven met de klok mee: de grijper gesloten, de grijper open, de bouwtekening, de hijsarm omlaag en de hijsarm omhoog.

16

Test

Op de dag va de test moesten er nog een aantal kleine aanpassingen gemaakt worden om de grijper optimaal te kunnen testen. Toen de grijper eenmaal zo goed mogelijk was aangepast is de grijper op verschillende punten getest. Zo was de diameter van de grijper in gesloten stand theoretisch bepaald als 6 cm en tijdens de test was deze waarde 5.5 cm. Dit bleek echter voldoende te zijn om verschillende soorten bekers op te tillen. De verticale afstand van de bovenkant van het bekertje tot de ondergrond was 30 cm.

Verder is getest of de grijper werkte voor variërende inhoud van het bekertje. Zo werkte de grijper bijvoorbeeld goed bij een bekertje vol met moertjes en schroefjes, een bekertje met gewichtjes die deels over de rand uitstaken, een leeg bekertje en een bekertje gevuld met een bodempje water. De grijper werkte echter niet goed wanneer er te veel water in zat, dan  ging er namelijk een deel over de rand. Om dit op te kunnen lossen zouden de actuatoren nog meer vertraagd moeten worden door bijvoorbeeld gebruik te maken van veren of tegengewichten op de hefboom.

De video:

Klik op de afbeelding om naar de video te gaan.

Evaluatie ontwerpproces

Tijdens dit project hebben we als groep veel geleerd over de technische  systemen en de natuurkunde rondom een grijper. Ook hebben we voor het eerst de fabricageruimte van de faculteit kunnen gebruiken. We waren enigszins teleurgesteld dat we niet de mogelijkheid hadden om daar hout te bewerken, maar dit probleem was opgelost door de houtbewerking buiten de TU te doen. Omdat onze ontwerpkeuze vlot en soepel was gegaan, konden we snel aan de slag en lagen we altijd op schema. Tijdens de fabricage en het testen van de grijper verschenen er meerdere problemen. Bijvoorbeeld, de gaten voor de actuator in het perspex waren eerst te klein, maar die waren makkelijk te vergroten met behulp van een schroefmachine. Toen de actuatoren voor de eerste keer onder druk werden gezet, barstte een klein stuk hout bovenaan de grote actuator. Dit was zodanig opgelost dat de grijper daarna zo-goed-als-nieuw kon worden beschouwd.

We hebben ook meerdere verschillen en overeenkomsten tussen de theorie en praktijk ontdekt gedurende het project. Tijdens het ontwerpen ga je er vanuit dat het materiaal oneindig sterk en stijf is, of in ieder geval sterk genoeg voor de lichte belasting en druk van de actuatoren. Echter was dit niet het geval, waardoor het hout dus barstte. Ook gingen we er van uit dat er geen wrijving in de scharnieren zat, maar in de praktijk waren ze best stroef, waardoor de grijper minder soepel opende dan verwacht. Voor de rest ging alles zoals gepland en kwam de praktijk overeen met de theorie, mede dankzij we alle berekeningen en metingen nauwkeurig hadden uitgevoerd, dus waren er voor de rest weinig problemen en paste de onderdelen goed in elkaar.

Uiteindelijk waren we zeer tevreden met de resultaten, de grijper kon gemakkelijk een bekertje met gewichten oppakken en weer rustig neerzetten.