Het ontwerpproces

Eisen en wensen

Eisen
  • De appel heeft dezelfde begin- en eindoriëntatie
  • Appels van verschillende formaten moeten opgepakt kunnen worden
  • Maximaal 3 actuatoren
  • Hoogteverschil van 16mm overbruggen
  • Onbeschadigde appel; niet beurs, geen inkepingen
  • In de beginstand geen grijper boven de appel; luchtkolom boven het platform van de appel helemaal leeg
  • In de eindstand geen grijper boven de appel; luchtkolom boven het platform van de appel helemaal leeg
  • Max. 5 min montagetijd, actuatoren aan de arm bevestigen
  • Geen onveilige situatie creëren: geen scherpe punten, geen rondvliegende projectielen
  • Alleen actuatoren gebruiken als aandrijving. Geen elektromotoren etc.
Wensen
  • Max. 10 € p.p. bijleggen voor materialen
  • Appel zo dicht mogelijk in het midden van de roos plaatsen

Morfologisch overzicht

Morfologisch overzicht
Grijpen
1. Een doosje dat sluit door middel van een actuator. De appel wordt in het doosje tegen iets geduwd dat elastische eigenschappen heeft, zodat als het doosje weer open gaat de appel eruit valt.
2. Grijper van boven. De actuator trekt twee balken naar elkaar toe zodat de grijper opent, en vice versa voor het sluiten.
3. Grijper van boven. Wanneer de actuator wordt ingetrokken, sluit de grijper zich. De tandwielen in het midden zorgen dat de armen bij elkaar blijven en voor een soepele beweging.
4. Grijper van boven. Hij grijpt de appel door middel van een schaarsysteem.
5. Grijper vanaf de zijkant. Grijpt de appel op dezelfde manieren als de grijpers van boven maar dan horizontaal.
6. Deze grijper wordt vanaf boven over de appel geplaatst. De actuator trekt dan aan een band waardoor de appel klem komt te zitten tussen de band en de andere helft van de grijper.
7. Twee blokken met in het midden een uitgesneden bol waar de appel in past. Deze is verbonden met een actuator zodat hij kan openen en sluiten.
8. Deze grijper heeft een of meerdere lussen die aan het uiteinde aangetrokken kunnen worden, hierdoor wordt de appel vastgeklemd en kan hij opgepakt worden.
9. De zuignap. Deze werkt als een ontstopper. Door hem op de appel te plaatsen creëer je een vacuüm waardoor je de appel op kan pakken.
10. “Het doosje van Ties” is een kubus. Op de plekken waar de stipjes staan gaan touwtjes door de kubus heen en worden aan de andere kant van de kubus op dezelfde plek vastgezet. Deze touwtjes worden aangetrokken door de actuator. Om over de appel heen te kunnen worden de touwtjes in slappe stand gezet en deze worden door elastiekjes naar de zijkant getrokken.
Horizontale verplaatsing
1. Dit is een hijskraan principe. Omdat de grijper niet boven de appel mag beginnen heeft deze 3 standen nodig. In de eerste stand komt de grijper niet boven de appel. In de tweede stand komt de grijper boven de appel en in de derde stand komt de grijper boven de positie waar de appel neergelegd moet worden.
2. Bij deze grijper draait de hele arm achterlangs. Hierdoor hoeft hij niet over het muurtje heen.
3. Deze grijper heeft twee actuatoren. De eerste actuator brengt de grijper naar de appel en terug. De tweede actuator zorgt voor de draai.
4. Zodra de appel omhoog is getild door het verticale mechanisme wordt de hele grijper gedraaid door een actuator door middel van een scharnier.
5. Rails rondom. Bij dit mechanisme pakt de grijper de appel en rijdt vervolgens over de rails heen naar de andere kant waar hij de appel weer neerlegt.
6. Het principe hierachter is dat de je grijper op wielen zet. Voor de horizontale verplaatsing gebruik je een schaarlift systeem dat verankerd is aan het begin.
7. De schommel grijper. Deze zwiept als het ware de appel en de arm over zich heen.
Verticale verplaatsing
1. De schommel grijper. Deze zwiept als het ware de appel en de arm over zich heen.
2. Het vier-balken systeem.
3. Het schaarlift systeem.
16 mm hoger eindigen dan beginstand
1. Rails waarover de grijper kan rijden met een hoogteverschil van 16 mm.
2. Twee haakjes in de grijper. Zodra de grijper op de grond komt wordt deze ingedrukt en blijft hierdoor achter de haakjes hangen die op 16 mm zitten.
3. Een extra actuator gebruiken om de hele grijper 16 mm te verhogen.
4. Een helling van 16 mm bouwen waar de grijper over heen kan glijden.
5. Het scharnier waarmee de grijper aan het bord vastzit onder een kleine hoek zetten zodat bij de horizontale verplaatsing de arm 16 mm hoger uitkomt.
Verschillende groottes van de appels
1. Een doosje met een elastische binnenkant. Hierdoor kunnen er verschillende vormen en groottes in.
2. Een hoofdontspanner. Deze kan verschillende vormen en groottes hoofden ontspannen, dus als je hem kleiner maakt en een sluit mechanisme bedenkt ook verschillende vormen en groottes appels.
3. In de standaard grijpers met vingers elastiekjes spannen. Hierdoor creëer je flexibiliteit in de grootte van de appel.
4. In “Het doosje van Ties” maak je gebruik van touwtjes of elastiekjes die je aantrekt. Deze nemen de vorm aan van de appel waardoor deze verschillende vormen en groottes kan oppakken.

Concepten

Om 3 goede concepten te ontwikkelen hebben we met z’n allen de ideeën in het morfologische overzicht bekeken. We hebben toen per probleem bekeken welke van onze oplossingen het beste waren en welke we al gelijk konden doorstrepen. Uiteindelijk hebben we deze oplossingen gecombineerd tot 3 concepten:

  1. Vier-balken systeem met draaischarnier en het doosje van Ties
  2. Vier-balken systeem met draaischarnier en grijper
  3. Horizontale schaarlift met draaischarnier en grijper met actuator in rechte beweging
Concept 3 Concept doosje van Ties
1.

Voor het grijpen van de appel is hier gekozen voor oplossing 10: Het doosje van Ties. Dit is een doosje die over de appel wordt geplaatst en waarbij elastieken in het doosje de appel vastpakken. Deze elastieken worden aangetrokken door een actuator. Voor de horizontale verplaatsing is gekozen voor oplossing 4. Dit is een scharnier wat aan het bord vastgemaakt wordt en zo de grijper kan draaien. Voor de verticale verplaatsing hebben we gekozen voor oplossing 2. Dit is een vier-balkensysteem waar het doosje aan bevestigd wordt.Door dat de elastieken zich om de appel heen vormen kan dit concept ook verschillende soorten appels pakken.

Concept 3 Concept 2
2.

Voor concept 2 hebben we alleen een andere oplossing voor het grijpen van de appel gekozen. Namelijk oplossing 2. Dit is de standaard grijper die je bij dit project zou verwachten. Twee grote handen die met behulp van elastieken de appel vastpakken. Voor de verschillende grootte van appels kiezen we hier voor oplossing 3, elastiekjes in de grijper die om de verschillende appels heen kunnen vormen.

Concept 3 Concept 3
3.

Dit concept ging ook vooral om een andere oplossing voor het grijpen van de appel. Dit is oplossing 5. Hierbij wordt de grijper vanaf de zijkant gepakt. De grijper opent zich wanneer de actuator zich uit schuift. Dit is goed te zien in deze handtekening. Wanneer de actuator inschuift, zal de grijper zich via scharnierpunten sluiten. Voor de verplaatsing naar de andere kant van het muurtje is hier gekozen voor een horizontale schaarlift die de appel naar het bord toe trekt en hem dan door middel van een scharnierpunt richting het doel kan richten. Ook hier is gekozen voor elastieken die zich om verschillende appels heen kan vormen.

Ontwerpkeuzes

Concept 1 Concept 2 Concept 3 Maximaal aantal punten
Zelfde begin- en eind oriëntatie van appel 6 6 6 8
Pakken van verschillende formaten appels 13 13 8 15
Zo min mogelijk actuatoren gebruiken 3 3 3 5
Hoogteverschil van 16mm overbruggen 10 13 13 15
Onbeschadigde appel 10 8 7 12
In begin- en eindstand grijper niet boven de appel 12 12 12 12
Max. 5 min montagetijd 2 4 3 5
Geen onveilige situatie 8 8 8 8
Makkelijke uitvoerbaarheid 3 5 2 5
Subtotaal 67 72 62 85
Bonus voor originaliteit 5 1 2 5
Alleen actuatoren gebruiken als aandrijving V V V V/X
Grijper komt niet tegen de muur aan V X X V/X
Totaal 74 en V 73 en X 64 en X 90 en V

Na het maken van de verschillende concepten kwamen er verschillende problemen aan het licht.

Zo bleek de grijper uit concept 2, de ‘standaardgrijper’ niet wijd genoeg open te kunnen om de appel te pakken zonder de wand aan te raken. Waardoor de appel überhaupt niet gepakt kon worden.

De grijper uit concept 3 was vrij complex en bracht meer problemen met zich mee dan oplossing, zoals een nieuwe oplossing voor de horizontale beweging. De grijper zou namelijk weer open gaan als de appel terug getrokken werd.

Het eerste concept bleek de problemen die zich bij de twee andere concepten voor deden op te lossen en weinig problemen met zich mee te brengen. Daarom is er gekozen om concept 1 verder uit te werken.

Concept doosje van Ties python plaatjes

We zijn begonnen met het maken van een spuugmodel van karton en splitpennen. Na dit model getest te hebben (zie filmpje), zijn we verder gegaan met het uitwerken. Doormiddel van berekeningen met Python zijn we tot de uiteindelijke afmetingen gekomen.

Download the file here

Plan B

Grijper:

Mocht het doosje van Ties niet werken dan kiezen we voor een nieuw grijper-ontwerp. Dit zal dan een grijper worden met 2 vingers die van boven af de appel pakt. Deze zullen we vervolgens maken van hout plaatmateriaal. Deze grijper is ons plan B omdat het ontwerp simpel is en dus makkelijk te realiseren, zo bestaat de grijper uit maar uit 3 onderdelen die door de simpele vorm snel te maken zijn. We maken de grijper dan van hout omdat we geen beschikking meer hebben over perspex en hout makkelijk te bewerken is.

Arm:

Mocht het verplaatsen niet meer lukken dan gebruiken we 2 sets van rails om een andere arm aan het bord te bevestigen. 1 set van rails zorgt voor de verticale beweging om de grijper om de appel boven het muurtje te krijgen, de andere rails zorgen voor de horizontale beweging om de appel boven het eindpunt te krijgen. We gebruiken rails omdat de andere oplossingen in het morfologisch overzicht te groot zijn om in een korte tijd te maken, terwijl dit bij rails niet hoeft