Projectopzet
Programma van eisen en wensen
De wensen zijn cursief gedrukt.
De richting zijn als volgt vastgesteld:
-
De x-richting geeft verplaatsing in de breedte weer.
-
De y-richting geeft verplaatsing in de diepte weer.
-
De z-richting geeft verplaatsing in de hoogte weer.
Grijper
-
De grijper moet een appel van een breedte van minimaal 70 mm en maximaal 90 mm kunnen grijpen.
-
De grijper moet een appel van een hoogte van minimaal 50 mm en maximaal 80 mm kunnen grijpen.
-
Het mechanisme moet een appel van minimaal 100 g en maximaal 175 g kunnen optillen.
-
De appel mag na de verplaatsing indeukingen van maximaal 1 mm hebben.
-
De appel heeft na de verplaatsing geen indeukingen.
-
Er mag na de verplaatsing geen residu van de grijper achterblijven op de appel.
-
Na de verplaatsing moet de schil van de appel nog intact zijn.
Veiligheid
-
De omstanders moeten zich niet kunnen snijden aan losse onderdelen.
-
De bestuurder van het mechanisme moet zijn/haar haar vast hebben en mag geen losse onderdelen dragen op zijn/haar kleding, bijvoorbeeld touwtjes van een capuchon.
-
Omstanders moeten op minimaal 1 meter van het mechanisme afstand staan.
-
Na tien runs moeten alle onderdelen nog vastzitten.
Kosten
-
Het mechanisme (excl. pneumatische actuatoren, de perspex plaat, bouten en moeren) mag maximaal 200 euro kosten.
-
Het mechanisme (excl. pneumatische actuatoren, de perspex plaat, bouten en moeren) mag maximaal 140 euro kosten. Dit komt neer op maximaal 20 euro per persoon.
Aansturing
-
Het mechanisme wordt met drie pneumatische actuatoren aangestuurd, waarvan 2 een trekkracht kunnen leveren van 23,30 N en een duwkracht van 29,43 N en waarvan 1 een trekkracht kan leveren van 44,15 N en een duwkracht van 58,86 N. De slag van ieder van deze actuatoren is 100 mm.
-
Het mechanisme wordt met twee pneumatische actuatoren aangestuurd, waarvan 1 een trekkracht kan leveren van 23,30 N en een duwkracht van 29,43 N en waarvan 1 een trekkracht kan leveren van 44,15 N en een duwkracht van 58,86 N. De slag van elk van deze actuatoren is 100 mm.
Het mechanisme
-
De actuatoren moeten binnen 5 minuten in te bouwen zijn.
-
Het mechanisme moet binnen 3 minuten in elkaar te zetten zijn.
-
De pneumatische actuatoren moeten aan het eind van de montage kunnen worden toegevoegd. Aan het einde van de demonstratie moeten deze ook weer verwijderd kunnen worden.
-
De totale afmeting van het mechanisme mag maximaal 1 meter in de y-richting en 1,5 meter in de x-richting zijn.
-
Het mechanisme moet zo eenvoudig mogelijk zijn.
Resultaat van het mechanisme
-
De appel moet binnen 30 seconden van de begin naar de eindpositie verplaatst zijn.
-
De appel moet in begin- en eindpositie met de steel naar boven liggen.
-
De appel moet na de beweging binnen 50 mm van de roos liggen.
-
De appel moet na de beweging op de roos liggen. Dit houdt in:
-
De appel moet minimaal 16 mm in de positieve z-richting kunnen bewegen. Bij een verplaatsing over het muurtje heen moet de appel minimaal 260 mm in de positieve z-richting en minimaal 244 mm in de negatieve z-richting kunnen bewegen.
-
De appel moet 266 mm in de positieve en in de negatieve x-richting kunnen bewegen.
-
De appel moet bij een verplaatsing langs het muurtje minimaal 130 mm in de positieve en negatieve y-richting kunnen bewegen.
-
De appel moet bij een 10 runs telkens op dezelfde plek terechtkomen, met een marge van 20 mm.
-
Het mechanisme moet niet beginnen boven het plateau waar de appel ligt en mag niet eindigen boven het plateau waar de appel eindigt.
Morfologisch overzicht
Rode concept: de eenvoud
Blauwe concept: de schaarlift
Oranje concept: de spinner
Handschetsen
Spuugmodellen
Concepten
De eenvoud
Voor dit concept is gekozen voor een grijper die werkt met een schaarconstructie. Tussen de armen van de scharen wordt een kleine actuator geplaatst waardoor de grijper in staat is om te grijpen en los te laten. De horizontale en verticale beweging zal elk door een aparte actuator worden bewerkstelligd. De arm en grijper zijn gemonteerd aan het witte bord door middel van scharnieren die de gewenste beweging zullen toestaan. De actuator die voor de verticale beweging zorgt zal omhoog worden gericht zodat de duwkracht van de actuator (die groter is dan de trekkracht) kan worden benut om de arm omhoog te bewegen. Hiervoor zal de grote actuator worden gebruikt. De andere kleine actuator zal zorgen voor de horizontale beweging aangezien er niet veel kracht nodig zal zijn om de arm horizontaal via het scharnier te bewegen. De grip van de grijper wordt bevorderd door elastiek tussen de scharen van de schaar. De range van appels die gegrepen kan worden, wordt hierdoor tevens vergroot.
De spinner
Wat betreft de grijper is dit ontwerp voorzien van een klem waarvan het frame over de appel heen wordt geplaatst. In dit frame zit een losse plaat tussen een rechtgeleidingsmechanisme. Deze plaat wordt door middel van een kleine actuator langs het frame bewogen, waardoor de appel tussen het frame en de plaat wordt vastgeklemd. De horizontale en verticale beweging worden in dit ontwerp gecombineerd door het gebruik van een draaiende arm. De arm is bevestigd aan een draaiende as waaraan een tandwiel is gemonteerd. Aan de bovenkant van de arm is de grijper bevestigd. De grijper is weer via een lager-as bevestigd aan de bovenkant van de arm waardoor de grijper (incl. appel) horizontaal blijft tijdens het verplaatsen van de appel over de muur. Het tandwiel dat aan de onderste as van de arm bevestigd is, wordt door middel van een passende strip met tanden bewogen om een rotatie van de arm te veroorzaken. De strip wordt langs het tandwiel bewogen door de grote actuator. De grip van de grijper wordt bevorderd door middel van een ruw oppervlak op het frame en op de bewegende plaat. De totale constructie staat op een platform zodanig dat de cirkelbeweging wordt gecorrigeerd voor de verhoging van 16 mm aan de andere kant van het muurtje.
Klik op onderstaande afbeeldingen om vanuit meerdere ooghoeken naar het ontwerp te kijken
De schaarlift
De grijper uit dit concept bestaat uit twee armen die aan een kant met elkaar verbonden zijn. In dit tussenstuk zit een rechthoekig gat. In dit gat zit een plaat die vastzit aan de rest van de constructie. Het tussenstuk kan schuiven over deze plaat. Aan het tussenstuk zit een actuator verbonden. Wanneer de actuator uitschuift, schuift het tussenstuk over de plaat heen en zullen de armen dientengevolge middels een circulaire beweging naar voren bewegen en de appel grijpen. De grijper wordt door middel van een schaarlift, aangedreven door een actuator, van en naar het midden van de platen bewogen. De beweging van de ene plaat naar de andere (langs het muurtje) wordt door een constructie op rails gerealiseerd. Hierdoor kan de totale constructie van de ene naar de andere kant van de muur bewegen. Deze horizontale beweging wordt veroorzaakt door middel van een schaarlift die over de rails wordt gelegd. Deze schaarlift wordt uitgeklapt door middel van de derde actuator. De rails staat op een helling, waardoor de grijper totaal 16 mm omhoog verplaatst. De grip van de appel op de grijper wordt in dit ontwerp bevorderd door het gebruik van een schuimlaag die vastzit aan de vingers van de grijper. Deze schuimlaag zal zich vormen naar de omvang van de appel.
Conceptkeuze
We hebben de drie concepten beoordeeld met behulp van de gewogen criteria methode. Aan de hand van het programma van eisen en wensen hebben we de volgende componenten uitgekozen op basis waarvan we de concepten hebben beoordeeld:
-
Nauwkeurigheid: de afstand appel-roos na de beweging.
-
Betrouwbaarheid: het aantal keer dat verwacht wordt dat de mechanisme de appel van de ene naar de andere plaat verplaatst als het mechanisme tien keer getest wordt.
-
Universaliteit: de range van afmetingen van appels die de grijper kan grijpen.
-
Aansturing: het aantal pneumatische actuatoren dat wordt gebruikt om het mechanisme aan te sturen.
-
Complexiteit: het aantal uur dat we verwachten dat het kost om het lasersnijplan te maken (berekeningen aan componenten uit PMMA).
-
Kosten: de totale kosten van het mechanisme excl. pneumatische actuatoren, de perspex plaat, bouten en moeren.
Simpele grijper
De spinner
De schaarlift
We hebben aan de hand van bovenstaand scoretabel en discussies naar aanleiding van het opstellen van het scoretabel besloten de spinner te realiseren. De nauwkeurigheid van dit ontwerp heeft uiteindelijk de doorslag gegeven: mits goed uitgewerkt kunnen de verticale en horizontale bewegingen in de spinner immers ontzettend nauwkeurig uitgevoerd worden. Bovendien zal de spinner eenvoudiger aan te passen zijn nadat de onderdelen uit PMMA gefabriceerd zijn. Daarnaast wordt dit ontwerp aangestuurd door twee in plaats van drie pneumatische actuatoren. Deze uitdaging willen we graag aangaan! Wel denken we dat de grijper in dit ontwerp niet optimaal is omdat de ene helft van de grijper de appel tegen de andere helft aan zal stoten. Hierdoor zal de appel een extra horizontale verplaatsing ondergaan, die moeilijk te compenseren is wegens de range van appels die de grijper moet kunnen verplaatsen. Dit probleem wordt met de grijper van het ontwerp met de schaarliften verholpen. Vandaar dat we besloten hebben de spinner te combineren met de grijper van het ontwerp met de schaarliften.
