Ontwerp en realisatie van een mechanische grijparm
"The Kleminator"
Introductie
Beste bezoekers van deze website,
deze website is bedoeld ter demonstratie van het "grijparm"-project van de groep WB095. Deze site doorloopt het gehele traject.
Dit is gedaan voor het vak WB1130 van de bacheloropleiding werktuigbouwkunde op de TU Delft.​
De groep WB095 bestaat uit de volgende leden:
-
Jelle Molenaar
-
Dirk Jan de Lint
-
Daan Bos
-
Robert Garschagen
-
Greg Van Den Bogaert
-
Floris Verdoes
Aan deze instelling hebben we het project tot een succesvol eind gebracht:
http://3me.tudelft.nl
Faculteit 3Me
TU Delft
Bouwproces
Het bouwproces begon met het maken van 3D-tekening van de gehele grijper. Na het uittekenen van de grijper zijn we gaan meten aan de actuatoren. De 3D-tekening van deze grijper is te zien in het figuur hiernaast. De gemeten waarde van de actuatoren in actieve stand (uit) en inactief stand (in) staan in de tabel hieronder.
​
Om de grijper te maken, hebben we perspex laten lasersnijden. Dit kon alleen door alle onderdelen op te splitsen en elk onderdeel uit te tekenen in 2D-tekening met daarin de afmetingen. Deze 2D-tekeningen zijn zichtbaar hieronder.
​
afmetingen
grijperondelen
Deze 2D-tekeningen hebben we uiteindelijk verwerkt in SolidWorks. Het figuur hieronder geeft het opgestuurde solidworks bestand weer.
De grijper bestaat dus zoals zichtbaar op de tekeningen uit drie lagen. Deze drie verschillende lagen van de grijper zijn aan elkaar vastgelijmd. Voor extra grip hebben we schuurpapier aan de binnenkant van de grijper vastgelijmd. Dit schuurpapier zorgt voor veel wrijving tussen de grijper en het voorwerp.
Voor de horizontale en verticale verplaatsing is gekozen voor het gebruik van touwtjes. Het afstellen van de lengte van de touwtjes gebeurde tijdens het finetunen van de grijper. Met het finetunen van de horizontale beweging wordt bedoeld dat de goede afstand tussen het frame en het bord moet worden gevonden. Met het finetunen van de verticale beweging wordt bedoeld dat het touwtje strak gespannen staat, zodat er een maximale horizontale verplaatsing kan worden gerealiseerd. De katrol waar het touwtje doorheen gaat, hangt immers vast.
Ontwerp
Hieronder staan voor ieder onderdeel van de grijparm de concepten die bedacht waren. Op de fundamenten na staat er in ieder tekstvak ook een tweede pagina, voor de voor- en nadelen. De groen omrande tekstvakken zijn de ideeën die uiteindelijk zijn geïmplementeerd. Aan de zij- of onderkant van het tekstvak staat steeds een schets ter verduidelijking.
Fundament 1
Bij deze ontwerpopdracht werd het bord als standaard aangehouden. Wij hadden de helft van het bord tot onze beschikking. Zoals te zien is op de tekening, zaten er veel gaten in het bord om de grijper aan te monteren met schroeven en bouten. Uiteindelijk hebben we het alleen gebruikt om de actuatoren aan te bevestigen.
Fundament 2
Wij hebben gekozen voor een alternatief fundament om op te bouwen, namelijk een statief. Hiervoor is een holle metalen staaf van 12mm diameter gemaakt, die ingeklemd werd in een zwaar metalen blok. De arm van de grijper kon er soepel omheen bewegen en kon via touwtjes horizontaal (draaien) en verticaal verplaatst worden.
Verticale verplaatsing 1 - harmonica
Verticale verplaatsing 2 - arm
Horizontale verplaatsing 1 - Harmonica
Horizontale verplaatsing 2 - draaiing
grijper 1 - actuatorknijper
grijper 2 - veerknijper
grijper 3 - Klemmen
Eindontwerp
Voor de verticale verplaatsing is besloten om de harmonica te gebruiken. Dit kwam voornamelijk doordat dit concept voor een betere algehele soepelheid in de constructie zorgt (soepele beweging, vrijheid in de constructie, combinatie met touw). Daarnaast was het niet al te lastig om in elkaar te zetten. De arm had ook problemen om het vastgepakte object rechtop te houden, maar met de harmonica is dit geen probleem. Het harmonica-mechanisme kan gemakkelijk voor een verticale verplaatsing van 15cm zorgen.
​
De draaiing werd gekozen voor de horizontale verplaatsing. Deze is namelijk steviger en past goed bij het idee van het statief. Hierbij hebben we ook gebruik gemaakt van een touw. Dit gaf ons meer vrijheid in het verdere ontwerp, alleen zou het touw wel een zwaktepunt kunnen worden als deze niet goed afgesteld zou worden. Een rotatie van 180 graden kan bereikt worden, waarmee een horizontale verplaatsing van 10cm ook verwezenlijkt kan worden.
​
De grijpers waren allemaal goede kandidaten, omdat deze allemaal aan de eisen voldeden. Uiteindelijk zijn we voor het meest bescheiden concept gegaan, de klemmer, om de constructie niet verder te compliceren. Deze sloot namelijk direct aan op de rest van de constructie en is ook erg gebruiksvriendelijk. Daarnaast kunnen ook veel verschillende vormen opgepakt worden, door de omvangrijke klembeweging. Om te garanderen dat de klemmer een halve liter water kon tillen, is ook besloten schuurpapier aan de vingers tebevestigen.
​
Probleemstelling
Het doel van dit project was het ontwerpen en maken van een actuator gedreven grijper. Deze grijper moet drie bewegingen maken, een horizontale, verticale en grijp beweging. Volgens de opdracht moest de grijper voldoen aan de volgende voorwaarden:
​
-
De grijper moet een rond (bekertje of flesje) en een vierkant (tetrapakken) voorwerp optillen.
-
Deze voorwerpen hebben een inhoud van 0.5 liter en een massa ≤ 0.5 kg .
-
De diameter van het bekertje/flesje zijn ongeveer 50 mm.
-
Elk individueel voorwerp dient vanaf horizontaal tafelblad opgepakt te worden.
-
De verticale verplaatsing moet minimaal 15 cm zijn.
-
De afstand tussen bekertje en plateau waar hij op moet, mag maar maximaal 10 cm zijn.
Er kwamen daarnaast nog een paar extra wensen bij:
-
De grijper soepel laten bewegen naar de desbetreffende locatie in een doorlopende beweging
-
Esthetische aspecten: het design moet uit het oog springen
-
Gebruiksvriendelijk
Wij hebben onszelf zo goed mogelijk aan deze wensen proberen te houden.
Resultaat
Hieronder is een filmpje die de werking van de grijparm demonstreert. De grijper klemt eerst een waterflesje vast met een actuator, waarna hij deze omhoog beweegt met een tweede actuator. Ten slotte zorgt een derde actuator voor een draaibeweging voor de horizontale verplaatsing van het object.
Groepsproces
Onze samenwerking kende zijn hoogte- en dieptepunten. Dit klinkt misschien een beetje cliché, maar het was zo. Het ene moment waren we hard aan het werk met het bedenken van concepten, of met het in elkaar zetten van de website of de grijper en op het andere moment kwam iedereen te laat en werd er nauwelijks gewerkt.
Een puntje van aandacht voor de volgende keer is dat we onze afspraken moet nakomen. Het kwam regelmatig voor dat er slechts een of twee personen aanwezig waren tijdens de afgesproken projecttijd. De overige groepsleden kwamen dan laat of niet. Ook werd er soms te veel naar het eigen belang gekeken en werd een groepsafspraak te makkelijk afgezegd.
Verder is het misschien ook handig om een duidelijker beeld te hebben van waar we aan beginnen. We zijn dit project redelijk impulsief begonnen en hebben een beetje van week tot week geleefd, maar we waren nog niet bezig met het toewerken naar een bepaald doel. Naarmate de weken vorderde, werd dit wel beter en we hebben hierbij ook hulp gehad van onze mentor. Vooral week 5 was redelijk chaotisch. Dit kwam door de tussententamens die veel studietijd innamen.
Maar op de momenten dat er hard gewerkt moest worden, vooral in de weken 7 en 8, werd er hard gewerkt. Het begin liep misschien een beetje moeizaam, maar uiteindelijk is alles meer dan goed gekomen.