ONTWERPPROCES

Ontwerpeisen

Onze grijper moest voldoen aan de volgende ontwerpeisen:

- De grijper moet een standaard koffie/ranja bekertje kunnen tillen.

- De grijper moet minimaal 500 gram kunnen tillen.

- De inhoud van van bekertje kan boven de rand uitsteken

- De inhoud dient tijdens het tillen in de beker te blijven.

- De beweging van de grijper moet gecontroleerd gaan

Criteria en Keuze

Onze groep is tot de volgende ontwerpen gekomen:

Diafragma
Bij dit systeem roteert een aantal platen richting het centrum van de constructie, waarbij er in het midden een steeds kleiner wordende cirkel onstaat, deze cirkel grijpt het object in het midden vast.
Vierkant diafragma
Een soort kubus komt van bovenaf over de beker de staan. Bij dit systeem worden twee balken horizontaal tegen het te tillen object aangetrokken door gebruik te maken van twee veren tussen de balken.
Wasknijper
Bij dit systeem knijpt een veer twee lange grijpvingers die dezelfde kromming als het bekertje hebben samen, die vervolgens vanaf de bovenkant het bekertje, in één bekerwand vastgrijpen.
Opblaasring
Bij dit systeem worden kleine ballonnetjes opgeblazen met perslucht, hierbij zetten deze ballontjes uit waardoor deze zich om het bekertje heen vormen, waardoor het object vervolgens kan worden vastgepakt.
Bekerhouder
Twee grijpvingers met aan het einde twee halve bekervormen. Deze vingers worden tegen elkaar aangedrukt, hierdoor wordt het object vastgegrepen tussen de twee halve bekerhouders.
Kermisgrijper
Bij dit systeem werken meerdere grijpvingers samen om een object vast te pakken, dit gebeur door de grijpvingers naar binnen te roteren.

Figuur 1: schematische tekening van de 6 ontwerpen

In onderstaand Figuur 2 hebben wij onze ideeën becijferd naar criteria die wij belangrijk vinden. De keuze voor ons ontwerp is gevallen op de kermisgrijper. Doorslaggevend bij deze keuze waren twee criteria, de simpliciteit en de grip van onze grijper, aangezien deze het nauwst verband houden met de hoofdfunctionaliteit van de grijper. Over het algemeen scoort de kermisgrijper vrij constant over alle criteria, maar er zijn nog wel een paar punten die we met ons ontwerp kunnen verbeteren. Hierbij, kun je denken aan de grootte en het gewicht, die nog enigszins geoptimaliseerd kunnen worden door slim gebruik te maken van materialen en constructies.

Figuur 2: beoordeling van onze ideeën

Enkele van deze ontwerpen zijn verder uitgewerkt tijdens de werkcolleges handschetsen. Dit is gedaan door een isometrische tekening van de ontwerpen te maken, deze tekeningen zijn hieronder afgebeeld.

'De Bekerhouder'

'De Opblaasring'

'De Kermisgrijper'

Het Ontwerp

Voor het ontwerpproces hebben wij het ontwerpprogramma solidworks gebruikt, hiermee hebben wij het ontwerp in 3D kunnen ontwikkelen, waarna wij er vervolgens gemakkelijk bouwtekenen van konden maken. Voordat we deze bouwtekeningen hebben gemaakt hebben wij de krachten van de actuatoren gemeten en ingevoerd in solidworks.

Fabricage

Hoe werkt onze grijper?
Het is uit deze tekening misschien nog niet meteen helemaal duidelijk hoe onze grijper precies werkt. Allereerst is het belangrijk om te vertellen dat wij bewust gekozen hebben om de grijper te laten sluiten door middel van veren en te openen met behulpt van de actuator. Tijdens het practicum bleek namelijk al dat de actuatoren relatief krachtig waren en wij wilden niet dat de plastic bekers kapot zouden gaan door de grijpkracht. De grijper wordt dus gesloten door vier veren die bevestigt zijn tussen het onderste van de twee gaten in de cylinder en het uiteinde van het streepje van de 't' vormige grijpvingers.

De grijper wordt geopend doormiddel van vier kabels die bevestigt zijn aan de bovenkant van de grijpvingers en door het bovenste van de twee gaten loopt. Binnenin de cylinder zijn deze kabels aan elkaar bevestigt en lopen ze via 1 kabel verder naar de top van de cylinder waar de kabel verbonden aan een actuator die op de grijparm zit.

De arm van de grijper wordt zoals men hiernaast kan zien door een relatief simpel mechanisme omhoog gehesen.

Toen wij zover waren om het idee te fabriceren, hebben wij eerst van het complete ontwerp bouwtekeningen gemaakt. Doormiddel van deze bouwtekeningen hebben wij een aantal onderdelen, voornamelijk assen, door een professional laten maken op een draaibank. Vervolgens hebben wij bij een familielid van een groepslid de onderdelen gefabriceerd. Dit ging ons gemakkelijker af dan verwacht omdat sommigen van ons al redelijk ervaren waren in het werken met verscheidene stukken gereedschap, zoals gemotoriseerde zagen. Op de precieze werkwijze van de kraanarm na was alles goed uitgedacht voordat de fabricage gestart werd, hierdoor hebben we alle onderdelen van de grijper, die we opgedeeld hebben in enkele, hieronder genoemde, categorien, in vrij korte tijd kunnen fabriceren. Twee aspecten hebben we moeten testen om tot een oplossing te komen, dit waren de veren die gebruikt zijn om de grijpvingers van sluitkracht te voorzien en de precieze positie van de actuator die de kraanarm beweegt. Een gedeelte van ons materiaal is aangeschaft bij de PMB Shop op de TU Delft campus, enkele onderdelen zijn op maat geproduceerd voor onze grijper en een gedeelte is bijelkaar gesprokkeld uit de voorraad van de werkplaats van een groepslid.

De grijper hebben we onderverdeeld in de hieronder weergegeven categorien:

- De grijpvingers: vier vingers die het te tillen object vastgrijpen
- Grijperplatform: een circulair platform waar de grijpvingers doormiddel van assen in sockets bevestigd zitten.

- Centrale schacht: holle aluminium cylinder, met acht gaten (met schroefdraad erin) en een scharnier bovenop, fungeert als geleider van de bekabeling en bevestiging tussen grijperplatform en de kraanarm

- Kraanarm: hieraan zitten beide actuatoren vastgemaakt. De kleine actuator is bovenop

bevestigd om de grijpvingers te besturen, de grote actuator zit aan de onderkant, om zo de

arm omhoog en omlaag te bewegen.

Testen

Tijdens het practicum in week 7 hebben wij de werking van onze grijper getest met een aantal objecten en hebben wij een aantal metingen gedaan. Tijdens het practicum kwamen wij erachter dat de kracht van de actuatoren

problemen leverden omdat die kracht te groot was. Onze oplossing hiervoor was het gebruiken van een drukregelaar, zodat wij de arm rustig van zijn minimale tot zijn maximale stand konden laten bewegen.

Na het testen op verschillende objecten hebben we een aantal metingen gedaan: