About us ...
(klik op de foto hieronder)
Groep wb45
| teamlid | Naam |
|---|---|
| 1 | Tim van Helmond |
| 2 | Jelle Linssen |
| 3 | Bram Wielaard |
| 4 | Tim Huysse |
| 5 | Bas Cheizoo |
Motto's
Project appel - Groep wb45 -
Welkom op de site van projectgroep 45! Op deze site is alles te vinden over ons project, foto's, videos noem maar op.
Wb45 bestaat maar uit vijf personen. We zijn met zes groepsleden begonnen, maar Okke kwam er na 3 weken al achter dat werktuigbouwkunde niets voor hem is. Hierdoor zijn wij waarschijnlijk het kleinste groepje van heel werktuigbouwkunde, maar dat maakt ons juist sterker. Hier is meer te vinden over ons, onder andere een groepsfoto.
Op deze site wordt duidelijk gemaakt wat het project inhoudt en hoe wij dit project voltooid hebben. De volgende punten worden op deze site behandeld.
Verder zullen veel foto's en videos te zien zijn op deze site.
De opdracht van het project is het volgende: Een door alleen pneumatische actuatoren (maximaal 3) aangedreven opstelling maken, die een appel kan oppakken en deze daarna onbeschadigd aan de andere kant van een wand kan plaatsen. Hieronder ziet u de beginsituatie, in de eindsituatie moet de appel aan de andere kant van de wand komen te liggen.
De opdracht kende verschillende uitdagingen die het ons lastig maakte. Hier volgen een aantal van die uitdagingen van dit project.
Actuatoren zijn cilinders die door middel van luchtdruk in en uit kunnen schuiven. Dit kunnen ze met een bereik van 10 centimeter. Het in- en uitschuiven gaat niet vloeiend of geleidelijk. Het gaat best wel lomp. Hierdoor wordt het lastiger om de appel niet te beschadigen tijdens het verplaatsen. Dus stel je voor je wilt de appel omhoog tillen, draaien, dan weer naar beneden laten zaken door de kracht van een actuator, dan zal de appel bij het naar beneden bewegen op het plateau knallen. Hier moet dus rekening mee gehouden worden.
Nog een uitdaging is dat de appel in de beginsituatie 1.6 centimeter lager ligt dan in de eindsituatie (zie afbeelding hierboven). Zou je aan een draaibeweging denken om de appel naar de andere kant van het plateau te brengen, moet er dus rekening mee gehouden worden dat in deze draaibeweging ook een hoogteverschil van 1.6cm overbrugd wordt. Eigenlijk meer dan 1.6 centimeter, op het punt dat de appel bij het plateau aankomt moet die al 1.6 centimeter omhoog zijn, anders raakt de appel het plateau. Daarna moet de appel idealiter zo min mogelijk verder stijgen, anders zal de appel vallen als de grijper de appel loslaat.
Wij hebben het materiaal perspex tot onze beschikking, dit materiaal konden we gebruiken voor onze opstelling. We kregen een plaat ter beschikking. Uit deze plaat konden door ons via ‘solidworks’ ingestuurde onderdelen laser gesneden worden. Van dit materiaal konden we niet onze hele opstelling maken. Daarvoor moetsen we zelf naar de Gamma of iets dergelijks.
Verder kregen we zoals eerder gemeld 3 actuatoren tot onze beschikking. Dit zijn niet 3 dezelfde actuatoren. We hadden 1 grote actuator en 2 kleinere actuator tot onze beschikking. De grote actuator is sterker dan de kleine actuator. Hier moesten wij dus ook rekening houden tijdens het ontewerpen van de opstelling.
Wij vonden het vanaf het begin al interessant om een opstelling te maken waarbij we maar twee actuatoren nodig hebben om de appel te verplaatsen, terwijl er drie toegestaan zijn. Dit maakt het hele project wel wat complexer, maar we hadden een paar goede ideeën waarbij een 3de actuator niet nodig was. Hier wordt zo meer over verteld.
In de eerste 2 weken hebben we kennis met elkaar en het project gemaakt. We hebben erg veel concepten bedacht en gediscussieerd over deze concepten. Uiteindelijk hebben we de verschillende concepten in een morfologische kaart gezet. Door de morfologische kaart krijg je een goed overzicht over alle verschillende delen van de gehele opstelling. Dit is handig zodat wij later goed alle onderdelen tegen elkaar af konden wegen. Ook hebben we verschillende metingen gedaan aan de actuatoren, onder andere de druk en trek kracht die nodig zijn om de actuatoren te bewegen. Dit hebben we bij verschillende grotes van de luchtdruk gedaan.
In week 3 heeft iedereen een volledig ontwerp gemaakt. Iedereen heeft uit de morfologische kaart een gehele opstelling ‘gekozen’ (hier volgen wat concepten die we gemaakt hebben concept 1 , concept 2 , concept 3, concept 4 ) Ook hebben we allemaal bij handtekenen een schets gemaakt van een door onszelf bedachte grijper. ( Schets Bram, schets Tim van Helmond, schets Jelle, schets Tim huysse , schets Bas) We hebben van de concepten een heel simpel proefmodel gemaakt. In week 4 hebben we de verschillende concepten uitgebreid geëvalueerd. We hebben in Excel een beoordelingscriteria gemaakt, een gewogen criteria methode. Hierin hebben we verschillende eigenschappen verschillende wegfactoren gegeven. Uiteindelijk hebben we zo een definitieve keuze kunnen maken. Nadat we de keuze gemaakt hadden, zijn we begonnen aan het dxf-bestand. Dit is het bestand wat uiteindelijk laser gesneden is. Onze ‘SolidWorks-master’ Tim Huysse heeft heel de grijper hierin getekend.
|
|
In week 5 zijn onze onderdelen gesneden door de lasersnijder (hierboven rechts een afbeelding van de grijper, hier een filmpje) . Verder hadden we in week 5 tussentoetsen, dus stond het project een weekje stil. In week 6 zijn we de AWS (assemblage werkplaats voor studenten) in gegaan. Ook hebben we deze week de gamma bezocht om verschillende onderdelen te kopen voor onze opstelling. Jelle heeft thuis een helix in een metalen buis gezaagd (zie foto linksboven). We hebben erg veel geboord gezaagd enzovoorts, maar na deze week begon onze opstelling wel vorm te krijgen. We hebben het grijper gedeelte volledig werkend kunnen testen.
Dit is de één na laatste week van het project. Deze week moet de opstelling het doen. Dinsdag tijdens onze AWS tijd was heel de opstelling afgemaakt, maar hij werkte nog niet. We hebben direct verschillende oplossingen bedacht. Hier wordt verder in de site nog meer aandacht aan besteed. Deze week hebben we ook onze site afgemaakt.
Projecten worden altijd in opdracht uitgevoerd. Het begint met een probleem waar een oplossing voor wordt gezocht. Dit wordt geuit in een probleemstelling. Ons gegeven probleem was om een appel van de ene kant van een verticale plaat naar de andere kant op een tableau te verplaatsen. Hieronder staat een afbeelding van de gegeven werkomgeving.
In den beginne was er bij ons veel onduidelijkheid over hoe we het programma van eisen en wensen gingen aanpakken. Na veel overleg kwamen we uit op het opstellen van twee lijsten: één lijst met harde eisen en één lijst met zachte wensen. Vervolgens reviseerden wij veel op wat onder eisen en wat onder wensen valt. Zodoende is het programma van eisen en wensen goed doordacht en vormt het een goede basis voor het project.
Harde eisen worden getypeerd door hun exacte grenzen. Ze moeten goed zijn te meten en een exacte minimum en/of maximum waarde kunnen aannemen. Hier volgen onze eisen:
Alles begint met een idee. Dit kan een goed of slecht idee zijn. Eerst wil je zoveel mogelijk ideeën verzamelen, dus dat hebben we dan ook gedaan. Al deze ideeën worden verfijnd en uitgewerkt tot concept per module. Alle concepten voor alle verschillende modules werden vervolgens in een overzichtelijk schema gezet om goed te kunnen vergelijken. Dat schema is onze morfologische kaart. Zo zijn al onze concepten structureel gedocumenteerd.
Vanuit onze morfologische kaart hebben wij vier combinaties gemaakt. Dit waren de vier potentiële eindmodellen. Volgens de gewogen criteria methode hebben we hieruit een selectie gemaakt. In een andere passage wordt verder ingegaan op deze methode en hoe wij het hebben gebruikt.
We gingen niet in het wildeweg spuugmodellen maken. Eerst bekeken we welke concepten de meeste potentie
hadden. Daarna gingen we na van welke materialen we de mogelijke spuugmodellen konden maken. Pas zodra we
besloten hadden dat een model haalbaar was maakten we er een spuugmodel van. Het eerste spuugmodel was er
een van het draaimechanisme. In een pvc-buis hadden we een dubbele helix gemaakt. Daarin zetten we een
actuator met een potlood als as voor in de helix. Dat systeem werkte uitermate goed!
Hier
staat een video
ervan. Het tweede spuugmodel was van het grijpmechanisme. Dit was een schaarmechanisme van karton en
punaises, werkend als een dubbele schaar. Het derde spuugmodel was van de grijper. We testten een aantal
manieren van grip, waarvan twee sponzen het best bleek te werken, zoals
hier
te zien is.
Het eindmodel is gebaseerd op de positieve aspecten van de spuugmodellen, de resultaten van de gewogen
criteria methode en bovenal een hoop discussie. Het heeft geleid tot een schitterende machine. Eenmaal
in elkaar gezet bleek er nog een groot probleem te zijn, wat verder wordt beschreven in de passage over
lastige punten verderop, evenals een verdere probleemanalyse. Tot onze spijt werkt een kritiek onderdeel
nét niet helemaal goed, waardoor het geen volledig operationeel systeem is. Desondanks vinden wij dat we
trots kunnen zijn op wat we hebben bereikt!
Onze keuze voor het winnende concept is niet zonder slag of stoot verlopen.
De eerste discussie begon al ruim vóór de definitieve keuze: het opdoen van ideeën.
Vanaf het begin heeft iedereen natuurlijk zijn eigen idee over hoe we het systeem het
best kunnen vormgeven. Alles wat we belangrijk vonden voor de grijper hebben we in het
programma van wensen gezet. Vervolgens hebben we deze wensen gerangschikt naar hoe belangrijk
we ze vonden voor onze grijper. Dit deden wij door de eisen in een tabel te zetten en ze tegen
elkaar af te wegen, zoals hier is te zien.
Aan de hand van deze rangschikking kenden we de criteria weegfactoren toe.
Deze werden gecombineerd met de prestaties van de concepten. In onderstaande tabel staan
de eindresultaten.
Hier de verschillende concepten:
concept 1,
concept 2,
concept 3,
concept 4.
Deze concepten zijn gecontrueerd vanuit de
morfologische kaart.
Zo rolden de beste ideeën eruit. Ondanks dat een concept op papier de beste is, hoeft dat
niet te betekenen dat dit dan ook daadwerkelijk de beste is. Na uitvoerig overleg kozen wij
één winnaar. Belangrijk vonden we dat iedereen achter de keuze stond. Kortom, zolang iemand
nog twijfelde, bleven we in discussie. Hierdoor kan iedereen onze keuze even goed verdedigen
en zorgen we ervoor dat we op één lijn blijven.
De belangrijkste criteria vonden we de stevigheid en precisie van het concept en dat het slechts twee actuatoren gebruikt in plaats van de gegeven drie. Dat bracht ons, tezamen met enkele minder gewogen doch zeker niet achterwege gelaten criteria, uit op twee concepten. Het grootste verschil ertussen is dat de eerste werkt op basis van een dubbele helix en de tweede op basis van raderen. Ondanks dat de raderen ons erg gaaf leken, hebben we besloten dat het nog erg lastig kan worden om aan raderen te komen die precies de juiste ratios bevatten. Om die reden is er weloverwogen gekozen te gaan voor de dubbele helix. Later zijn enkele minder ingrijpende modules van het systeem nog aangepast om beter op elkaar aan te sluiten.
Dit is het definitieve ontwerp wat wij ook echt hebben gemaakt. In het kort hoe het mechanisme werkt:
We gebruiken 2 actuatoren, één voor het ronddraaien van de opstelling en één om de appel te pakken.
De 'grote' actuator zit in de buis. Deze actuator duwt tegen het asje aan wat door de helix zit. Door
deze kracht gaat het asje en dus de hele arm draaien. De tweede actuator zit in de grijper. Deze zorgt
ervoor bij uitstrekking dat de appel gegrepen wordt. In
dit
filmpje is te zien hoe er een appel daadwerkelijk opgepakt wordt. De extra uitdaging die wij onszelf opgelegd
hadden om maar twee actuatoren te gebruiken hebben we wel voltooid. In principe hebben we een goed systeem gemaakt
wat het zou moeten doen. Jammergenoeg Hebben we de wrijving net niet genoeg kunnen verminderen zodat ons hele
mechanisme het perfect deed. Hiernaast gaan we dieper op de problemen in.
Hieronder nog een verduidelijkende schets van onze opstelling:
Geen enkel project verloopt 100% vlekkeloos. Op een gegeven moment loopt een prototype altijd tegen problemen aan en soms duiken er zelfs in het eindproduct nog problemen op. Zo ook ons project. Van tevoren speculeerde we al over mogelijke problemen en hoe we deze het best konden oplossen. Helaas bleken sommige oplossingen niet toereikend genoeg en is het later niet gelukt om het eindproduct volledig werkend te krijgen.
Het begint met knelpunten in het concept. In ons geval bijvoorbeeld of de arm wel stabiel genoeg kon blijven en of de grijper genoeg grip had. Hier hebben wij vervolgens oplossingen voor bedacht. Zo gingen we alle problemen langs die we konden bedenken, tot we alle voorspelde bugs eruit hadden gehaald en een prototype konden gaan maken. Dit pakten we op in modules. Dat houdt in dat we het draaimechanisme apart uitprobeerden, evenals het grijpmechanisme en andere in essentie aparte onderdelen. Zo konden we modulegericht oplossen en van iedere module een apart spuugmodel maken. Na alle nieuwe problemen eruit te halen konden we doorgaan naar een compleet model.
Het draaimechanisme met de dubbele helix was in het begin veelbelovend. We hadden zo onze twijfels over of het mechanisme niet self-locking zou worden, maar dit bleek na het testen van spuugmodellen geen probleem, zoals hier te zien is. Dit eerste model was van pvc gemaakt, wat de krachten van de actuator niet aan kon. Het gedeelte boven de dubbele helix werd scheef gedrukt door de te grote krachten die erop kwamen te staan. Hierdoor hebben wij besloten de binnenste buis van het eindmodel van staal te maken.
Het spuugmodel van de grijper heeft vooral nieuwe inzichten aan het licht gebracht. Vóór het maken hiervan hadden wij elastieken bedacht als grip op de appel. Dit had echter nog wel wat haken en ogen. Een analyse van de grijper leidde tot het idee sponzen te gebruiken om de appel beet te pakken. Dit idee heeft zelfs het eindmodel gehaald!
Ook het spuugmodel van het grijpmechanisme, dus het openen en sluiten van de grijper, heeft nieuwe problemen aan het licht gebracht. Zo bleek het schuiven van de pin over de sleuven in de twee armen stroever te gaan dan verwacht door een gegenereerd moment in de pin. Dit hebben wij ondervangen door de pin aanzienlijk losser te zetten. Door een proces van trial-and-error zijn we op deze oplossing gekomen. Een ander probleem was dat als de stangen horizontaal liepen, de grijper aan het losse eind sterk naar beneden kwam te hangen. De simpelste oplossingen hiervoor waren het mechanisme een kwartslag over de horizontale lengteas draaien of de grijper verticaal in plaats van horizontaal ophangen. In het eindmodel hebben we voor de laatste oplossing gekozen.
Door het maken van spuugmodellen zijn veel problemen al opgelost voordat het eindmodel was gerealiseerd. Desondanks stak één kritiek probleem de kop op in het eindmodel: de pvc-buis die we als buitenste buis gebruikten maakte te veel wrijving met de binnenste stalen buis. Dit probeerden we te ondervangen met smeermiddel en hier en daar schroeven, moeren en bouten losser en vaster te draaien, maar dit mocht allemaal niet baten. Daarom is op het laatste moment besloten de pvc-buis compleet weg te laten en de grijperarm direct aan de as te verbinden. Dit heeft zeer positief effect gehad. Helaas was het niet genoeg: de grijper kon nog steeds niet volledig zelfstandig opereren. Hier is een video van de bijna zelfstandige grijper.
Het is dus niet gelukt om de grijper volledig zelfstandig werkend te krijgen. Toch zijn we heel dichtbij gekomen. Waar het misging was de wrijving tussen de as en de stalen buis. Door imperfecties in de buis (zoals te zien in de afbeelding), de dubbele helix, de as en de pvc-buis lukt het de as niet om te draaien over de dubbele helix. We weten zeker dat het aan deze imperfecties en de stroefheid van de pvc-buis ligt, doordat we het hebben getest met gewicht eraan zonder pvc-buis, te zien in dit filmpje.
Als wij exacter gereedschap hadden gehad was het ons mogelijk wel gelukt om de grijper volledig operationeel te krijgen, maar helaas hadden wij geen toegang tot dergelijk gereedschap. Redelijkerwijs hebben wij zelf voor dit risico gekozen door te gaan voor dit ontwerp en helaas heeft het op deze manier uitgepakt. Desondanks zit er wel potentie in dit ontwerp, maar dus niet binnen ons huidige kunnen.
(klik op de foto hieronder)
| teamlid | Naam |
|---|---|
| 1 | Tim van Helmond |
| 2 | Jelle Linssen |
| 3 | Bram Wielaard |
| 4 | Tim Huysse |
| 5 | Bas Cheizoo |