Proces

Eisen en wensen

Eisen ontwerp van de opdracht:

De grijper moet drie verschillende objecten kunnen verplaatsen:

Flesjes van maximaal 0.5 liter (ronde vormen) met een diameter van 6 cm vastpakken (maximaal 0.5 kilo).
Bekertje van maximaal 0.2 liter met een diameter van 5 centimeter (onder), 7 centimeter (boven) en een hoogte van 8 centimeter (maximaal 0.5 kilo).
Tetrapak van maximaal 0.5 liter met zijden van 7 bij 7 centimeter en een hoogte van 9,5 centimeter. (maximaal 0.5 kilo).

De grijper moet minimaal een verticale verplaatsing van 150 millimeter bereiken.
De grijper moet minimaal een horizontale verplaatsing van “tientallen” millimeter bereiken.
Inhoud van het bekertje moet tijdens verplaatsing in het bekertje blijven, hierbij mag het bekertje niet overdekt worden.

Het deelsysteem dat aan het bord zit mag niet breder zijn dan 250mm.
De gehele opstelling mag niet meer plaats in beslag nemen dan een halve tafel.
De afstand tussen een actuator en de aansluiting moet niet langer zijn dan 500mm.

De gehele opstelling moet binnen 5 minuten opgezet kunnen worden.
De gehele opstelling moet snel demontabel zijn.

Wensen ontwerp van de opdracht:

Maximaal 3 actuatoren te gebruiken.
Breekbare onderdelen moeten meerdere keren gesneden worden.
We willen naar de Battle.

Morfologisch overzicht

Aanvankelijk bestonden er vele ideeën over verschillende grijperontwerpen. Deze zijn voor het overzicht opgedeeld in drie categorieën: ontwerpen voor horizontale verplaatsing, verticale verplaatsing en de grijperontwerpen. Hierbij ontdekten we snel dat de horizontale en verticale verplaatsing sterk aan elkaar gerelateerd kunnen zijn. Ondanks dat bleek dit toch een goede eerste stap op de weg naar een solide ontwerp.

1. Verticaal

Een idee voor verticale verplaatsing is een mechanisme met scharen. Dit is hetzelfde systeem dat ook in hoogwerkers wordt gebruikt. Bij dit ontwerp is een actuator aan de onderkant van de scharen verbonden en wordt het mechanisme aan vier verticale palen omhoog geleid.

Voor een andere oplossing is een arm met een scharniergewricht aan het bord verbonden. Aan het andere uiteinde van de arm is de grijper verbonden. De arm kan op en neer bewogen worden door een actuator vanonder of boven aan te laten grijpen. Door gebruik te maken van een kogelscharnier en een tweede actuator kan op deze manier ook voor zijdelinkse beweging worden gezorgd.

Bij een volgend idee wordt de grijper met een takel omhoog getild. De takel is hierbij verbonden aan touw. Deze wordt in- en uitgetrokken door een mechanisme met katrollen. Als de actuator in dit systeem uitschuift wordt de lengte van het touw zes keer zo lang.

Voor het laatste idee is gekeken naar de werking van een stoomtrein. Door een actuator voortdurend in-en uit te laten schuiven, wordt een wiel rondgedraaid en daarmee indirect een touw opgerold. De grijper kan op deze manier aan het touw opgetrokken worden.

2. Horizontaal

Afhankelijk van het systeem dat voor de verticale verplaatsing gebruikt wordt, zijn er verschillende systemen voor de horizontale verplaatsing uitgedacht. Een voorbeeld daarvan is een zijdelingse verplaatsing door het grijpermechanisme op een rails te plaatsen.

Een andere mogelijkheid is, de rails bovenop het mechanisme voor de verticale verplaatsing te zetten. Hierbij wordt enkel de grijper zijdelinks verschoven.

De grijper kan ook horizontaal verschoven worden door het hele systeem te laten draaien. Dit kan gedaan worden door een actuator aan een scharnierpunt en het uiteinde van een draaischijf vast te zetten. Bij het in- en uitschuiven wordt de cirkel op deze manier rondgedraaid.

3. Grijper

Voor de grijper kwam een idee naar boven drijven dat gebaseerd was op een bestaand product, genaamd de Spillnot. Dit product bestaat uit een plateau met daaraan een boog. Aan het uiteinde van de boog zit een touwtje waaraan het geheel bevestigt kan worden. Met de Spillnot kan je makkelijk volle bekers en glazen verplaatsen. Dit wordt gerealiseerd door de volle beker op te tillen aan het touwtje en op het plateau te plaatsen. Op deze manier kan er niets uit de beker morsen, omdat deze altijd van de bewegingsrichting afgedraaid wordt.

Zie als voorbeeld dit filmpje:

Er bestonden ideeën om het principe van de Spillnot toe te passen op onze grijper. Deze ideeën komen erop neer dat de grijper boven het zwaartepunt van het bekertje kan scharnieren.

Er zijn uiteindelijk verschillende grijpers bedacht op basis van dit principe. Het was lastig om tussen deze ideeën te kiezen, daarom zijn er van drie grijpers kartonnen modellen gemaakt.

Een van deze modellen is een simpele grijper die vanaf de zijkant aangrijpt. Deze is met een boog aan een touwtje verbonden, zodat het scharnierpunt boven het zwaartepunt van het voorwerp zit.

Bij een volgend idee grijpt de grijper van boven aan. Het voordeel van dit ontwerp is dat het simpel is om een scharnier, in de vorm van een touwtje, boven het zwaartepunt van het bekertje te krijgen.

Het laatste idee is gebaseerd op de werking van het menselijk oog. Hierbij trekt een actuator een elastiek uit, waardoor het elastiek over het bekertje geplaatst kan worden. Als de actuator het elastiek laat vieren klemt de elastiek om het voorwerp vast.

Knopen doorhakken

Na evaluatie van alle ontwerpen hebben we ervoor gekozen om voor het grijper systeem te kiezen dat met armen aan het bord vastzit. Met dit ontwerp kon het solide frame van het bord gebruikt worden en dit systeem leek het simpelst om toe te passen. De grijper wordt hierbij zijdelings verschoven door het grijper systeem met behulp van een rails die aan het bord bevestigd is zijdelings te verplaatsen.

De grijper die we gekozen hebben is gebaseerd op het Spillnot-principe. We vonden dit een uniek idee dat puur al scoorde op zijn originaliteit. Dit idee hebben we uiteindelijk gecombineerd met de grijper gebaseerd op het menselijk oog. Van dit ontwerp dachten we namelijk dat deze de bekertjes het stevigst op kon pakken.

Onderbouwing keuze

Dimensies:

Grijper:

Voorwaarde waar de grijper aan moet voldoen is dat het een tetrapak, flesje en bekertje op moet

kunnen pakken. Dit betekent dat de diameter van de grijper minstens de diagonaal doorsnede van

het melkpak (Dat is de grootste doorsnede van deze 3 objecten), ca. 10cm, moet zijn wanneer de

elastiek is aangespannen. Daartoe hebben we de volgende berekening gemaakt:

De stand van de bovenkant van de grijper wanneer de actuator is uitgeschoven:

De stand van de bovenkant van de grijper wanneer de actuator is ingeschoven:

We hebben besloten dat de totale diameter 15cm is, het gat in het midden 1cm en de gaten aan

de buitenkant 0.5cm van de rand afliggen. Deze afmetingen hebben we besloten met oog op de

diameter die de elastiek moet kunnen aannemen (minimaal 10cm) om een tetrapak op te kunnen

pakken. De actuator heeft een verschil van 10cm binnen de 2 standen. Omdat de elastiek aan alle

kanten opgespannen wordt moet er een verschil van 5cm in het touw in de verschillende standen

zitten. Dat geeft ons de volgende berekening:

Z^2=(Y^2+X^2)

Z+5=X+(10-Y)

Z=X+10-Y-5

Z=X-Y+5

(Y^2+X^2)^0,5=X-Y+5

X=7 (volgt uit bovenstaande omschrijving)

(Y^2+7^2)=(12-Y)^2

(Y^2+7^2)=12^2-24Y+Y^2

49=144-24Y

(144-49)/24=Y=3,96.

Nu weten we de afstand waarop de actuator moet worden geplaatst t.o.v. de bovenkant van de

grijper (= 10-3,96=6,04cm). Hierdoor kunnen we de totale hoogte van de grijper berekenen:

voorwaarde is:

-hoogte van een tetrapak, flesje en een bekertje moet in het grijpermechanisme passen.

Hierdoor moet het dak van de grijper 18cm boven de grond zijn en mag de elastiek niet hoger dan

7 cm van de grond zijn op het moment dat de grijper een object van de grond pakt. rekening

houdend met 3.96cm van de actuator die nog onder het dak van de grijper uit zal steken moet het

dak 22cm van de grond zijn.

Dit geeft een totale hoogte van: 46,8cm.

Het probleem waar we hier op stuiten is dat het bord wat we kunnen gebruiken om het hele sys-
teem aan te monteren 50cm hoog is. Hierdoor lukt het niet om het systeem via een actuator

omhoog te ‚trekken’, daarom hebben we besloten de trekkracht van de actuator te veranderen in

een duwkracht. de afstand tussen de punten bevestigd aan het bord van de arm van het grijper-
systeem en de actuator kan alleen in stappen van 5cm, omdat bevestigingsplaatsen op het bord

5cm uit elkaar liggen. Hiertoe hebben we besloten, rekening houdend met de lengte van de actua-
tor, de afstand tussen deze 2 punten 10cm te maken.

De volgende situatie geeft het systeem weer waarbij de grijper zo ver mogelijk naar beneden staat:

Wat we willen weten is op welke hoogt in de groene balk we een gleuf moeten maken waar we de

actuator over kunnen laten glijden, zodat we het systeem omhoog kunnen laten bewegen door een

duwkracht geproduceerd door de actuator. Daartoe willen we de afstand weten van het aangri-
jpingspunt van de actuator tot aan het bord in de bovenstaande situatie:

20,5^2=10^2+X^2

X=17,9cm

vervolgens willen we het aangrijpingspunt van de actuator op de arm tot aan het bord in uit-
geschoven stand van de actuator weten. Hierbij hebben we besloten om in de berekening op te

nemen dat de arm 35cm is.