top of page

Week 1: Opdracht en voorbeelden analyseren

Eisen 

Wensen

  1. Het apparaat moet gebruikt kunnen worden door alle eerstejaars van de studie werktuigbouwkunde.

  2. Het apparaat moet gebruikt kunnen worden door de personen van eis 1 zonder dat daarbij verwondingen ontstaan bij de gebruiker(s).

  3. Het apparaat mag niet meer dan 10 euro per groepslid kosten.

  4. De appel moet zodanig heel blijven dat er geen voelbare en zichtbare beschadigingen zijn.

  5. De grijper moet de grootste en de kleinste appel kunnen oppakken die te vinden is in de lokale supermarkt.

  6. De constructie moet de zwaarste en de lichtste appel 45 cm van de grond kunnen tillen.

  7. Het gehele apparaat mag maximaal van 3 actuatoren gebruik maken. 

  8. Het apparaat mag een maximale afwijking van 3 cm hebben tot het punt waar de appel moet worden neergezet.

  9. Het apparaat moet, nadat de appel is neergezet, zich weer terug kunnen bewegen naar de beginpositie.

  10. Het apparaat moet binnen 30 seconden de appel hebben opgepakt, neergezet en weer terug in de beginstand staan.

  11. De gehele constructie moet gebruiksklaar zijn binnen 5 minuten.

  12. Het apparaat moet minstens 50 appels kunnen verplaatsen, voordat deze kapot gaat.

  13. Het apparaat moet ijkpunten hebben om te zorgen dat de constructie in de gegeven situatie goed afgesteld is.

  14. Het apparaat moet nog werken nadat deze vervoerd is.

  1. Het apparaat moet zo min mogelijk verschillende materialen hebben.

  2. Het apparaat moet er mooi uitzien. 

  3. De constructie moet zo min mogelijk draaipunten hebben 

  4. De constructie moet goed vervoerbaar zijn en eventueel in een kluisje op de faculteit 3ME op te bergen zijn. 

  5. De constructie moet makkelijk op te zetten en af te bouwen zijn

  6. De componenten moeten zo simpel mogelijk zijn.

Op deze pagina vindt U het proces dat de afgelopen weken doorlopen is. Van elke week is te zien, wat er in die week gedaan is en welke resultaten er behaald zijn. 

​

​

Week 2: Programma van Eisen en Wensen ontwikkelen & ideeën creëren en verzamelen

Week 3: Concepten ontwikkelen & proefmodellen maken

Week 4: Concepten evalueren & kiezen, ontwerp uitwerken, lasersnijbestand maken

​

Week 6: Overige onderdelen maken en ontwerp assembleren

Week 7: Ontwerp testen

Week 5: -

Week 8: Ontwerp en proces presenteren op een website  

week 1
week 2
week 3
week 4
week 5
week 7
week 6
week 8

In week 1 is de groep begonnen met de analyse fase. Deze week stond voornamelijk in het teken van analyseren van de opdracht. De groep oriënteerde zich door voorbeelden op te zoeken op internet en door te brainstormen over de mogelijkheden voor de komende weken. Ook was er de mogelijkheid om de groepsgenoten beter te leren kennen.

​

Een opvallend idee dat deze week opkwam tijdens het brainstormen, was de zogenaamde ‘koffiegrijper’. Het idee hierbij was om de appel op te tillen door deze vacuüm te trekken met behulp van een ballon en koffiepoeder. Een uitwerking van dit idee volgt in week…

 

Websites die veel geholpen hebben bij het vinden van voorbeelden waren:

http://project.3me.tudelft.nl/2017.htm

https://www.slideshare.net/mashalkr/grippers-and-lifting-mechanisms

http://www.creativemachineslab.com/jamming-gripper.html

Daarnaast waren op www.youtube.com veel voorbeelden te vinden van voorgaande jaren.

Het doel van deze week was om eisen en wensen op te stellen voor het ontwerp. Dit is gedaan aan de hand van een Programma van Eisen en wensen. In een programma van eisen staan de belangrijkste eisen en wensen, waaraan het mechanisme moet voldoen. Hieronder is het Programma van Eisen te vinden.

​

​

​

​

Ten tweede is er deze week verder gediscussieerd over de ontwerpmogelijkheden. Insteek van deze brainstorm was om met zoveel mogelijk ideeën te komen. Hierbij was het nog niet van belang of deze ideeën realiseerbaar waren. De relevante ideeën zijn vervolgens uiteen gezet in een morfologische kaart. In een dergelijk hulpmiddel worden deeloplossingen opgezet, die vervolgens gecombineerd kunnen worden tot een totaalontwerp. Onderstaande afbeelding is de morfologische kaart voor het mechanisme. De vakken die groen omschreven zijn, zijn de deeloplossingen die in week 4 gekozen zijn. 

Week 3 stond in het teken van het uitwerken van concepten en het fabriceren van proefmodellen. Hierbij werd gebruik gemaakt van de morfologische kaart. Door gebruik te maken van de morfologische kaart uit week 2, zijn een aantal deeloplossingen gecombineerd tot verschillende conceptontwerpen.

De conceptontwerpen zijn vervolgens uitgewerkt tot proefmodellen van simpele materialen, zoals karton, hout, elastiekjes en dergelijke. Naast de simpele modellen zijn er ook handschetsen gemaakt voor verschillende grijpers. Onderstaand zijn de verschillende proefmodellen en handschetsen weergegeven met daarbij de verschillende pro’s en contra’s ervan.

Deze week was een belangrijk onderdeel in het proces. De proefmodellen werden namelijk beoordeeld op bepaalde -door de groep gestelde- criteria. Deze gewogen criteria konden vervolgens in een overzichtelijke tabel geplaatst worden. Dit maakte het eenvoudiger om een keuze voor een bepaald ontwerp te onderbouwen.  Onderstaand is dit gewogen criteria model weergegeven.

De groep heeft uiteindelijk 2 voorkeursmodellen gekozen. In eerste instantie werd 'het koffiemodel' van Looka geprefereerd. Hierbij zou de appel vacuüm gezogen worden aan de grijper en vervolgens zou hij verplaatst kunnen worden. Voorwaarde was wel dat het vacuüm zuigen goed moest werken en dat er bij het testen niet te veel obstakels gevonden zouden worden. Na een aantal tests met een bleek echter dat dit toch niet het optimale idee was. Dit kwam vooral omdat het veel kracht zou kosten om de appel daadwerkelijk vast te grijpen. Het werkte toch te gebrekkig en bracht een te groot risico met zich mee om deze optie volledig uit te werken. 

Omdat het duidelijk was dat de koffiegrijper niet ging werken, is er gekozen voor de tweede voorkeursmogelijkheid. Deze optie was een combinatie van de ontwerpen van Joost en Bas. Er is namelijk gekozen om het ontwerp van de arm van Joost verder uit te werken en daaraan de grijper van Bas te bevestigen. Deze ontwerpen leken namelijk uitsteken op elkaar aan te sluiten. 

 

De keuze voor een ontwerp was nu gedaan, waarna de volgende fase aangebroken was. In deze fase kon het proefmodel verder uitgewerkt worden tot een realistisch en haalbaar mechanisme door middel van berekeningen, tekeningen en technische modellen. Aan de hand daarvan kon ook de materiaalkeuze opgesteld worden.

overzichtstekening 

In de afbeeldingen links zijn een overzichtstekening en een modeltekening te zien van het mechanisme.

Berekeningen

Onderstaand bestand geeft de berekeningen voor de omvang van de arm en de hoe die deze zal moeten maken. 

De berekeningen aan de armbewegingen zijn gedaan met behulp van het programma Python. Onderstaand document geeft de code voor dit Pythonbestand

Vanuit de tekeningen en berekeningen was het mogelijk om de benodigde materialen te bepalen. De groep had de mogelijkheid om bepaalde onderdelen van het mechanisme te laten lasersnijden. Hiervoor moest een Solidworks bestand aangeleverd worden, waarin de gewenste componenten met de juiste afmetingen beschreven staan. Onderstaand bestand geeft de delen weer, die gefabriceerd zijn met behulp van lasersnijden. De overige materialen zijn gekocht bij een lokale bouwmarkt. 

modeltekening mechanisme (afstanden in cm)

In week 5 was er ruimte om eventuele achterstanden bij te werken. Volgens de richtlijn was immers geen andere belangrijke activiteit ingepland. De groep heeft hier gebruik van gemaakt om de tekeningen en berekeningen uit week 4 te verbeteren en af te ronden.

Daarnaast zijn er in deze week materialen verzameld die naast het PMMA nodig waren om de grijper te fabriceren. Dit zou van pas komen in week 6, waarin de grijper gefabriceerd werd.

​

Week 6 was een belangrijke fase in het proces. Dit was de periode waarin al het voorgaande werk gecombineerd werd en in de praktijk toegepast zou worden. Het mechanisme werd namelijk daadwerkelijk gefabriceerd. In eerste instantie zijn de grijper en de arm los van elkaar in elkaar gezet.  Nadat deze 2 componenten los van elkaar voltooid waren, zijn deze gecombineerd tot één mechanisme.  Voorafgaand leek dit mogelijk te zijn, maar achteraf bleek dit door verschillende omstandigheden anders te lopen. Dit resulteerde in een vertraging  in het proces.

De grijparm 

Zijaanzicht van de losse grijper

Week 7 begon met een lichte achterstand doordat het nog niet volledig gelukt was om de grijper in zijn geheel in elkaar te zetten. Deze week was oorspronkelijk bedoeld om de grijper alleen nog te testen en te ijken, maar er moest dus eerst nog tijd ingeruimd worden om de grijper af te maken. Dit is uiteindelijk wel gelukt, maar dit heeft er tevens voor gezorgd dat het aantal tests gering is geweest. Het is daarom van belang dat in week 8 nog een aantal testronden gedaan wordt, zodat er duidelijk naar voren komt wat de sterke- en zwakke punten van het mechanisme zijn.

 

​

De afbeelding links geeft het resultaat van week 7 weer. Te zien is dat de grijper nu in zijn geheel voltooid is. Het enige wat aan deze foto ontbreekt zijn de scharnieren en de actuatoren. 

De scharnieren zijn tijdelijk losgemaakt voor de montage van de grijper. De actuatoren dienen in week 8 aan de grijper gemonteerd te worden. 

Om te zorgen dat er volgende week efficiënt en snel getest kan worden, zijn er voorafgaand aan week 8 meetcriteria opgesteld en de manier waarop dit te meten valt. Aan de hand van deze meetcriteria kan bepaald worden in hoeverre het mechanisme voldoet aan de eisen die aan het begin van het proces gesteld zijn. In het verslag van week 8 is een uitgebreide tabel te zien met de eisen en de bijbehorende resultaten. 

In de laatste week van het proces diende er een werkende grijper afgeleverd te worden. Dit houdt in dat de grijper de appel zonder beschadigingen soepel kan verplaatsen. Omdat week 7 nog niet volledig voltooid was, diende er tevens een aantal tests uitgevoerd te worden. Verder was er ruimte om terug te kijken op de afgelopen 8 weken middels een zelfreflectie.   

Het is uiteindelijk gelukt om de appel met het mechanisme van het ene naar het andere plateau te verplaatsen Daarnaast is de grijper op de gestelde criteria getest voor zover dat mogelijk was. In onderstaande video is de werking te zien van het definitieve mechanisme. 

​

In de onderstaande tabel is te zien hoe het mechanisme 'gescoord heeft' op de verschillende criteria. De tests zijn helaas niet volledig voltooid door een gebrek aan tijd in de werkruimte. 

De verticale beweging

Het programma van eisen en wensen, en voornamelijk de toetsbaarheid hiervan, hebben we in twee delen gesplitst; de ontwerpeisen en de toetsbare eisen. Hieronder de Ontwerpeisen en of ze uiteindelijk in het ontwerp zijn meegenomen of niet.

Zelfreflectie 

Proces 

In het begin verliep het proces best soepel, we liepen op schema en hadden het idee dat we de opdrachten goed begrepen en uitvoerden, al snel bleek dit echter niet volledig het geval. We kwamen er ergens in de derde week achter dat we een aantal voorbereidingen niet in het geheel hadden uitgevoerd, zo hebben we, bleek achteraf, op vooral theoretische bevindingen en inschattingen een ontwerp voor een arm en grijper gekozen, waardoor we later in het proces op moeilijkheden stuitten die we al eerder hadden kunnen zien aankomen. Achteraf gezien zouden we deze fase beter doorlopen moeten hebben, waardoor we met meer informatie en inzicht een keuze hadden kunnen maken, waarmee we de rest van het proces soepeler hadden kunnen doorlopen en minder tijd kwijt waren geweest aan het verbeteren van kinderziekten.

Verbeteringen voor volgende keer: alles wat er gedaan is in een week meteen volledig uitwerken totdat het af is, zodat er niet naar omgekeken hoeft te worden.

Ondanks deze verbeterpunten zijn wij wel van mening dat we het goed gedaan hebben, zeker omdat er twee mensen zijn afgevallen en we onder tijdsdruk stonden. We hebben een werkend ontwerp en zijn hier zeer tevreden mee. Daarnaast is het groepsgevoel door al deze extra uren aan tijd wel sterk gegroeid, weten we beter van elkaars kunnen en is het teamwork verbeterd.

​

Ontwerp

Grijper

Er zijn een aantal verbeterpunten die wij na het assembleren van de grijper tegenkwamen, namelijk:

  • De plaatsing van de actuator

    • De manier waarop de actuator nu geplaatst is, heeft als consequentie dat er achter de grijper nog een groot deel actuator uitsteekt, waardoor de arm onder een grotere hoek moet staan om over de opstelling te kunnen komen.​

  • Elastieken vervangen door een homogeen rubberen oppervlak​​

  • Meer ruimte tussen de bewegende wand en de stilstaande wand, die samen de appel inklemmen.

    • De manier waarop de actuator nu geplaatst is, heeft als consequentie dat er achter de grijper nog een groot deel actuator uitsteekt, waardoor de arm onder een grotere hoek moet staan om over de opstelling te kunnen komen.​

  • Soepelere geleidingsmechanismen

    • De geleiding van de bewegende wand is nu door middel van een schroef per rail, waardoor de wand op zichzelf nog een beetje kan kantelen, wat uiteindelijk ervoor kan zorgen dat er meer wrijving en voornamelijk blokkeringen kunnen optreden, waardoor het bewegen minder soepel gaat dan bedacht.​

  • Beter uitgewerkt koppelstuk tussen arm en actuator

Arm 

Ook bij de arm waren er verbeterpunten, namelijk: 

  • De twee scharnierpunten zouden beknopter kunnen zijn

  • Arm en grijper zouden zo gemonteerd kunnen worden dat de grijper altijd in een horizontale positie blijft staan

    • Dit zou een aantal voordelen gehad kunnen hebben, zoals dat de grijper zonder moeite groter had kunnen zijn.​

  • De verticale beweging zou soepeler kunnen (vertraagde neerwaartse beweging)

    • Bijvoorbeeld met een veer.​

​

​

bottom of page