HOME | wb41

over ons

Over ons

Wij zijn groep Wb41 en hebben acht weken heel hard gewerkt aan het ontwerpen en bouwen van Grijper Junior. We zijn 7 eerste jaars Werktuigbouwkunde studenten die voor het eerst met elkaar een project deden. Dit ging dan ook niet zonder slag of stoot. Het project is een onderdeel van het vak technische systemen. Voor dit project moesten we gebruik maken van Matlab, moesten we handschetsen maken en metingen doen in de AWS. Als afsluiting maakten wij deze website, waarin onder andere ons ontwerpproces, uitwerkingen van onze grijper, het definitieve ontwerp en de reflectie aan bod komen.

Opdracht

De opdracht

In de tweede week van het project kwam de opdracht online en kwamen we erachter wat we allemaal moesten doen. De opdracht was duidelijk verwoord en er was een duidelijke planning meegeleverd. Nadat we dit hadden doorgelezen en we hadden overlegd, kwamen we er achter dat het toch echt heel veel werk ging worden en dat het tempo heel hoog lag. In week 4 moest je eigen ontwerp namelijk al ingeleverd worden en in week 6 moest de grijper al af zijn. We hebben een eigen planning en taakverdeling gemaakt. Dit heeft ons uiteindelijk geholpen bij het project.

Bij het ontwerp van onze grijper moesten we ons houden aan een aantal voorwaardes:

- De grijper moet zowel bekertjes als flesjes en

pakken kunnen optillen:

- het pak, de beker en de fles wegen niet meer dan 0.5 kg

- een standaard koffiebekertje met een diameter niet groter dan 50 mm

- het flesje en het pak hebben een inhoud van 0.5 L.

- De grijper moet het voorwerp van een horizontaal vlak minimaal 150 mm

omhoog tillen en daarna na enkele tientallen cm's neer zetten op een (verhoogd) vlak

- Elk groepje heeft voor deze bewegingen 3 actuatoren in hun beschikking

Voor de fabricage kregen wij M4 en M6 moeren en bouten tot onze beschikking en een perspex plaat van 490x240x5 mm. Alle eventuele andere materialen, zoals hout en duc-tape, moeten we zelf aanschaffen.

Buiten deze voorwaarden hebben we ook zelf nog een aantal wensen opgesteld:

- Het ontwerp moet goedkoop zijn

- Het ontwerp moet origineel zijn

- Het ontwerp moet stevig zijn

- Het ontwerp moet niet te complex zijn

- Het ontwerp moet stabiel zijn

Design

Design

To play, press and hold the enter key. To stop, release the enter key.

Het proces

Dit zijn de stappen die wij in ons ontwerproces hebben gevolgd:

Het ontwerp proces begon in week 2 met het verdiepen in de werking van een grijper. Dit deden we door middel van informatie zoeken over bestaande grijpers om zo een idee te krijgen hoe en van welk materiaal wij onze eigen grijper gingen maken.

in de twee weken daarop gingen we met zijn allen kijken naar de functionele eisen van de grijper en zelf een idee bedenken. Hieruit zijn verschillende ideeën gekomen. Om te kiezen welk ontwerp we uiteindelijk zouden realiseren, maakten we een morfologisch overzicht.

Na de creatieve fase was het tijd om onze grijper te gaan realiseren. We moesten voor ons uiteindelijke ontwerp gaan uitwerken en berekenen wat de optimale waarden waren, zodat grijper junior het goed zou doen. Dit hebben we gedaan door verschillende waarden in Matlab tegen elkaar uit te zetten. Zo konden wij precies uitrekenen wat de beste afmeting van de grijper is.

Uit de ontwerpeisen halen we dat Junior 15 cm omhoog moet kunnen bewegen en weer terug in de originele stand moet komen. Wij kozen voor een hoogte van 17 cm zodat door onnauwkeurigheid in berekeningen toch de hoogte van 15 cm kan worden gehaald.

Zijaanzicht :

De hoogte die het uiteinde van de arm moet kunnen bereiken is h. Deze is door de eisen vastgesteld op 17 cm.
Afstand tussen het draaipunt van de arm en het bevestigingspunt van de actuator aan de arm noemen we p. p (in m) stellen we variabel omdat dit de makkelijkste vergelijking oplevert.
Afstand tussen het draaipunt van de arm en het bevestigingspunt van de actuator noemen we q (in m). Dit is tevens de basis. Omdat de arm bij beginstand loodrecht staat op de basis, volgt hieruit

Lengte van de ingeschoven actuator noemen we L(actuit) in m

Lengte van de ingeschoven actuator noemen we L(actin) in m
De hoek die de actuator in ingeschoven stand met de arm maakt noemen we α in °.

Uit de cosinusregel volgt:

De hoek die de arm met de basis maakt noemen we γ in °

Uit de sinusregel volgt:

De hoek die de arm met de grond maakt noemen we β in °
De basis staat loodrecht op de grond. Daaruit volgt: β=90-γ
De lengte van de arm noemen we: L(arm) in m

De afstand van het aangrijpingspunt van de actuator tot het eind van de arm noemen we k in m
k=L(arm) – p

Met deze formules zijn twee grafieken te maken in Matlab waarbij respectievelijk p en q afhangen van L(arm)

Met behulp van Matlab is het bewegingsbereik van de grijper weergegeven in onderstaande figuur.

Omdat we er bij het testen van Junior in de AWS achter kwamen dat de arm niet hoog genoeg kwam om weer in de beginstand terug te kunnen komen, is er besloten om de arm langer te maken waardoor die eis wel werd behaald. p is onveranderd gebleven: p=11,05

Omdat betekent het langer maken van de arm dat de hoogte van 15 cm (ook een eis) nog steeds

behaald kan worden.

Dat geeft het volgende figuur.

Krachtenanalyse:

Door Free Body Diagrams te tekenen van verschillende deelsystemen van de grijper kon er krachtenanalyse uitgevoerd worden.

De afstand tussen het scharnier van de bovenste arm en het punt waar de grote actuator aan de basis vast zit noemen we q, dit is tevens de basis. Deze is vastgesteld op 26,27 cm.
Afstand tussen het scharnier van de bovenste arm en het bevestigingspunt van de grote actuator aan de arm noemen we p
p=0,1105 m
De lengte van de arm noemen we Arm

De massa van het grijpgedeelte (vanaf de 2 houten blokjes tot en met het gedeelte dat grijpt) noemen we mg
mg=0,820 kg
De massa van het flesje/ pakje/ bekertje met inhoud noemen we mo
mo≈0,50 kg
De arm van het zwaartepunt van het grijpgedeelte tot en met de scharnieren van de armen aan het grijpgedeelte noemen we Ag
Ag=0,13 m
De arm van het zwaartepunt van het op te pakken object tot en met de scharnieren van de armen aan het grijpgedeelte noemen we Ao
Ao=0,34 m

De maximale hoek die de arm met de grond kan maken noemen we αmax. Dit is als de actuator helemaal ingeschoven is.
αmax ≈ 54,2°
α= de variabele hoek tussen de grond en de armen. Deze loopt van 0° t/m αmax
u=afstand tussen scharnieren van armen in de twee houten blokjes van grijpgedeelte
u=0,065 m
γ=de hoek tussen de werklijn van F1 en u
γ= 90°-α
P=arm van F1 met bovenste scharnier in houten blokjes
P= sin(γ)*u

De zwaartekracht van het grijpgedeelte noemen we W
W= mg*g
De zwaartekracht van het op te pakken object noemen we F3
F3=Mo*g;
Totale zwaartekracht van grijpgedeelte en op te pakken object noemen we Fz
Fz=W+F3
De kracht in het onderste scharnier van het grijpgedeelte noemen we F1

De verticale en horizontale componenten van de kracht van het bovenste scharnier in het grijpgedeelte noemen we respectievelijk F2y en F2x
F2y=W+F3-(sin(α)*F1)          
F2x=cos(α)*F1

De horizontale afstand van het scharnier van de bovenste arm aan de basis tot en met het gedeelte waar het bovenste scharnierpunt van het grijpgedeelte is noemen we l. Deze verandert, omdat α ook verandert bij het omhoog trekken van de grijper.
l=cos(α)*Arm  
De verticale afstand van het scharnier van de bovenste arm aan de basis tot en met het gedeelte waar het bovenste scharnierpunt van het grijpgedeelte is noemen we l. Deze verandert omdat α ook verandert bij het omhoog trekken van de grijper.
k=sin(α)*Arm

Het moment uitgeoefend door de krachten F2x en F2y om het bovenste scharnier van de armen aan de basis noemen we MF2
MF2=F2x*k+F2y*l

De verticale afstand van het bovenste scharnierpunt van de armen aan de basis tot en met het punt waar de grote actuator aan de arm bevestigd is noemen we t
t=p*sin(α)
De afstand van de projectie van de grote actuator op de basis tot en met het punt waarde grote actuator aan de basis vast zit noemen we G
G=q-t
De horizontale afstand van het bovenste scharnierpunt van de armen aan de basis tot en met het punt waar de grote actuator aan de arm bevestigd is noemen we s
s=cos(α)*p

De hoek tussen de actuator en s noemen we β

De kracht in de actuator noemen we Fact

De horizontale en verticale component van de kracht in de onderste stang in het scharnier aan de basis noemen we respectievelijk Fr1x en Fr1y
Fr1x=F1*cos(α)
Fr1y=F1*sin(α)

De horizontale en verticale component van de kracht in de bovenste stang in het scharnier aan de basis noemen we respectievelijk Freacx en Freacy
Freacx=F2x-(cos(β)*Fact)
Freacy=(sin(β)*Fact)-F2y

Bij het eerste ontwerp, waarbij Junior niet in de originele stand terug gezet kon worden, en dus nog een korte arm had, gaven onderstaande grafieken het krachtverloop weer van de grijper.

Bij het besluit dat de arm langer gemaakt moest worden, om de eis te halen dat Junior in zijn originele stand terug gezet kon worden, veranderde ook de krachten in en op het hele systeem. Dat wordt weergegeven in onderstaande grafieken.

Om grijper junior te maken kregen wij een perspex plaat om onderdelen uit te laten snijden. Op deze plaat konden wij ons ontwerp uit stippelen door middel van het programma Solidworks.

Zodra het perspex was uitgesneden door de lasersnijder, was het tijd om in de werkplaats onze Grijper Junior tot leven te brengen.

Photo 25-10-16 11 31 58

Photo 25-10-16 11 31 58 (1)-2

Photo 25-10-16 11 31 58 (2)

De grijper

Dit is hoe Junior uiteindelijk geworden is. Hij is veel veranderd in het proces en er zijn veel verschillende tekeningen en schetsen van Junior gemaakt maar uiteindelijk is dit het definitieve ontwerp geworden. We hebben voor dit ontwerp gekozen omdat dit haalbaar was. We konden met dit ontwerp ook een tetrapak en een bekertje water oppakken en het voorwerp bleef ook rechtop staan tijdens de beweging. We hebben veel berekeningen gemaakt en Matlab gebruikt voor mooie grafieken en toen waren we het er allemaal over eens dat onze Junior gemaakt kon worden.

Junior, onze kleine grijper, liep tijdens het proces ook tegen kleine tegenvallers. Een van die tegenvallers was dat we geen langere bouten konden gebruiken om de armen aan elkaar te verbinden, maar dit hebben we opgelost door middel van draadstaal op de juiste maat af te zagen. Hieronder zullen we nog een aantal andere tegenslagen noemen, die junior hebben gemaakt tot hoe die nu is geworden:
- de grijphand had helaas niet genoeg grip. Dit hebben we opgelost door schuurpapier op de hand te plakken.
- de armen die Junior omhoog en omlaag hoorden te bewegen, waren te kort waardoor de beweging omhoog/omlaag te klein was, maar gelukkig hadden we reserve onderdelen en hebben we de armen 2x zo lang gemaakt, waardoor hij het uiteindelijk wel ging doen.
- de gleuf waar de actuator voor de arm doorheen moest bewegen, was te kort. Dus moesten we onderzoeken of de actuator de gleuf niet kapot zou maken in de grijpbeweging. Gelukkig was dit niet het geval anders hadden we een andere oplossing moeten bedenken.

- omdat de uitslag van de actuatoren te abrupt was, is na een paar keer de arm te hebben getest 1 grijperarm afgebroken. Gelukkig hadden we reserveonderdelen waardoor de arm vervangen kon worden.

- de uitslag van de actuatoren was te abrupt. Dus hebben we elastiekjes gekocht om Junior te ondersteunen en om te voorkomen dat hij zichzelf nog meer stuk zou maken.

Zoals jullie kunnen lezen was junior niet perfect maar we hebben meer dan ons best gedaan om hem toch werkend te krijgen en uiteindelijk is het ons gelukt en we zijn met z’n allen ontzettend trots op het eind resultaat!