Cup-holder

Inleiding

Wij studeren werktuigbouwkunde op de TU Delft. Bij het vak Technische Systemen leren wij een technisch systeem te analyseren en te ontwerpen. Bij het project van dit kwartaal analyseren en ontwerpen wij een mechanische grijper. De grijper moet aan een reeks eisen doen. Een paar voorbeelden zijn: de grijper moet een rond en/of rechthoekig voorwerp van max. 0.5 kg kunnen oppakken en verplaatsen. De grijper moet het voorwerp 150 mm verticaal en enkele tientallen millimeters horizontaal kunnen verplaatsen, hier moet het voorwerp worden neergezet en losgelaten.

De verplaatsing van de grijper wordt gegenereerd door pneumatische actuatoren. Per groepje krijg je 3 actuatoren, twee kleine en een grote. Door de pneumatische actuator wordt de luchtdruk omgezet in beweging.

Op deze site presenteren wij niet enkel onze grijper, maar laten we ook het ontwerpproces en verschillende ontwerpen zien!

Groepsleden

Ons groepje bestaat uit zeven leden, wij hebben groepsnummer 78.

Meet our team!

Paulien Laninga

Sergen Karpuz

Philip Meijer

Daohui Lu

Bas Brouwer

Daan Kuperus

Wesley Kool

Video grijper

Ontwerpproces

Materiaalkeuze

Materialen

Nadat we ons ontwerp hadden afgerond, was het tijd om na te denken uit welke materialen we de onderdelen gingen vervaardigen. Dit hadden we al deels tijdens het ontwerpen bedacht, maar dit was ook het moment om de al gemaakte keuzes te reflecteren. De belangrijkste materialen voor onze grijper zijn perspex en hout. Daarnaast maken we gebruik van bouten, moeren, metalen ogen, schroefdraad, touw en aluminium buizen. De bewegingen en verplaatsingen worden mogelijk gemaakt door een grote en twee kleine actuatoren.

Perspex is een belangrijk materiaal voor onze grijper. Niet alleen omdat het door de TU Delft wordt aangeboden en dus gratis is, maar ook omdat het sterk is. Daarnaast kunnen we zeer precieze maten verkrijgen omdat het perspex door de lasersnijder wordt uitgesneden. Belangrijk was dat perspex een lage wrijvingscoëfficiënt op zichzelf heeft dan hout op hout. Daarom is dit materiaal zeer geschikt voor onze grijper omdat onze grijper over elkaar schuivende onderdelen heeft. Als de wrijvingscoëfficiënt laag is, dan kost het ook relatief weinig kracht om de onderdelen over elkaar heen te laten schuiven.

Naast het perspex is hout een belangrijk materiaal. Hout is namelijk redelijk sterk en is gemakkelijk te bewerken. Bovendien is hout een goedkoop materiaal. In hout kan je goed boren zonder dat de sterkte veel afneemt. We maken veel gebruik van deze mogelijkheid om schroefdraad in het hout te bevestigen. Zo bevestigen we de armen aan het hout door middel van schroefdraad. Ook wordt een actuator op deze manier aan het hout vastgemaakt om verplaatsing in de y-richting mogelijk te maken.

We maken gebruik van schroefdraad omdat hout over schroefdraad kan roteren. Dit wordt toegepast bij de verplaatsing in de y-richting. Bovendien kunnen aluminium buizen over schroefdraad schuiven. Dit wordt toegepast bij de verplaatsing in de x-richting. Door gebruik te maken van aluminium buizen kunnen we het grootste gedeelte van het systeem in de x-richting verplaatsen door een actuator. Op deze manier blijft het op te tillen voorwerp stabiel.

Verder maken we gebruik van touw om de grijper te sluiten zodat we voorwerpen kunnen inklemmen. Bouten, moeren en metalen ringen worden gebruikt om verschillende onderdelen aan elkaar en aan het bord te bevestigen.

Terugkijken op de keuze

We hebben tijdens het bouwproces een aantal aanpassingen gedaan. Zo hebben we de grijper moeten aanpassen omdat de helft van de grijper zelf kapot ging. We hebben een oplossing bedacht die misschien nog wel beter is dan het oorspronkelijke idee. Wel hadden we een elastiek nodig om de grijper na het intrekken weer in de geopende stand terug te brengen. Tijdens het testen konden we daar alleen nog geen gebruik van maken. Daarnaast hebben we gebruik gemaakt van tape omdat het niet wilde lukken om een actuator goed te bevestigen. De keuze voor de belangrijkste materialen is goed uitgepakt. Hout en perspex zijn beide sterk genoeg en het systeem was niet te zwaar. Daarnaast gaat het pakken van het voorwerp soepel door het gebruik

van perspex.

Specificaties

Maximale hoogte: 50cm
Maximale (geteste) Belasting: 915 g
Maximale diameter van bekertje: 11.7cm
Aantal actuatoren: 1 grote en 1 kleine
Hoogte aanhechtingspunt arm-actuator: 27.5cm
Hoogte aanhechtingspunt onderste arm: 38.5 cm
Hoogte aanhechtingspunt bovenste arm: 46.5 cm
Lengte armen: 50cm
Lengte tussen aanhechtingspunt arm en aanhechtingspunt actuator op arm: 25cm
Lengte grijper: 25cm
Locatie zwaartepunt: 20cm van begin grijper

Bij aanname dat de grijper en arm massaloos zijn en dat er geen wrijving in het systeem bestaat:
Is er een maximaal moment bij horizontale stand, de arm is dan 70cm.
Maximaal moment geleverd door bekertje(915g): 6.28Nm
Benodigde kracht van actuator bij Maximaal moment: 62.4N

Eisen:

De onderdelen voor de tekening voor de laser mogen een totale omtrek van maximaal 9000 mm hebben
De grijper moet aangedreven worden door pneumatische actuatoren (max. 3)
De grijper moet +/- 150 mm omhoog en naar beneden kunnen bewegen
De grijper moet een bekertje of flesje (max. Inhoud 0,5 L) kunnen vastpakken
De grijper moet cirkelvormige en vierkante objecten grijpen
De grijper moet het voorwerp vanaf de zijkant grijpen
De versnelling/vertraging mag niet te snel zijn, zodat de inhoud in het bekertje blijft
Het object moet altijd rechtop blijven
Het object moet heel blijven
Het object moet horizontaal verplaatst kunnen worden
Het object moet opgepakt en losgelaten kunnen worden
De grijper moet aan de helft van het bord vastgemaakt worden.
De pneumatische actuatoren moeten binnen 5 minuten in- en uitgebouwd kunnen worden.

Wensen:

De kosten van de mechanische grijper moeten zo laag mogelijk zijn
De mechanische grijper moet snel gebruiksklaar kunnen worden gemaakt
De mechanische grijper moet zo duurzaam mogelijk worden gemaakt (weinig afval etc.)

Inleiding

Groepsleden

Ontwerpproces

Onze ontwerpen

Klemmer in bak grijper

Beschrijving

De grijper wordt aangedreven door 1 actuator. Aan het uiteinde van de actuator zit een blok die een horizontale werking heeft. In het bak tussen de grijper en het uiteinde van het bak zal zich het voorwerp bevinden. Vierkante voorwerpen zullen makkelijker vastzitten dan ronde voorwerpen.

Werking

Als de actuator wordt ingetrokken, wordt het blok wat aan het uiteinde van de actuator zit ook ingetrokken, hierdoor passen de voorwerpen in het bak. Als de actuator wordt uitgeschoven, wordt het blok ook uitgeschoven, hierdoor worden de voorwerpen tegen het uiteinde van het bak gedrukt.

Evaluatie

Ons prototype werd voor een groot deel in de werkplaats gebouwd. Wij hebben dit prototype tijdens de eerste sessie in de assemblagewerkplaats kunnen testen. Daar is gebleken dat onze grijper op dat moment al redelijk goed werkte. Toch moest er nog wel wat aanpassingen aan gedaan worden.

De kracht van ons eindontwerp is vooral de eenvoud van het ontwerp. Dit betekent zeker niet dat er niet over nagedacht is. Zoals te zien in ons morfologisch schema hebben wij veel punten toegekend aan de realiseerbaarheid van het ontwerp. Wij zijn trots op ons eindontwerp, en staan klaar voor de volgende uitdaging.

Wat goed ging – Met genoeg inzit hebben wij alle verplichte onderdelen op tijd kunnen afleveren. Er was (met minimaal twee vergaderingen per week) een goed overzicht van de taken en opdrachten en ook de verdeling van deze taken werd zo eerlijk mogelijk geregeld. Daarnaast hebben wij onze ideeën goed weten uit te werken en deze tot een eenduidig en werkend concept kunnen samenbrengen.

Wat in het vervolg beter kan - Er zijn een aantal punten waarin wij als groep kunnen verbeteren. Het gaat hierbij dan niet om het uitvoeren van specifieke opdrachten, maar meer om de communicatie binnen de groep. Het is voorgekomen dat mensen bij afspraken niet kwamen opdagen (dit met uitzondering van de vergaderingen waar vrijwel altijd iedereen aanwezig was). Dit is iets wat wij zeker mee zullen nemen naar het volgende project.