Het doel van ons project was om een grijper te ontwerpen die een beker in de verticale richting kan verplaatsen waarbij alle inhoud in de beker blijft. De grijper kan bijvoorbeeld worden toegepast in een koffieautomaat om de net gevulde koffiebeker aan te geven aan de klant. De toegevoegde waarde van de grijper is dat het gebruiksgemak van de koffieautomaat wordt vergroot. Tijdens het project worden naast de vaardigheden opgedaan bij de vakken statica, analyse en technische systemen, ook organisatorische en sociale vaardigheden toegepast.
De ontwerpeisen waar het ontwerp van de grijper aan moet voldoen bestaat uit vijf categorieën namelijk inhoud, vorm, afstand en tijd, aandrijving en kosten. Ten eerste moet de grijper een beker met een massa van 0 tot 0.5 kg kunnen optillen. De inhoud kan variëren in massa en volume. Ook moet de inhoud uit de beker kunnen steken, waarbij gedacht kan worden aan bijvoorbeeld een pen of rietje. Ten tweede zijn de afmetingen van de kegelvormige beker ongeveer de maten van een standaard koffiebeker waarbij rekening moet worden gehouden met een kleine variatie van 10 mm van de standaard bovendiameter. Daarnaast zal de grijper bevestigd worden aan een wit verticaal opstaand bord (practicumbord) met gaten die 5 centimeter uit elkaar staan. Hierbij mag de grijper een maximaal 25 centimeter breed zijn. Ten derde is het belangrijk de beker minimaal 250 mm van de grond wordt getild en dat de grijper de beker minimaal 10 seconden in de bovenste positie kan vasthouden. Ten vierde moet de grijper in de bovenste positie beginnen, daarna moet de beker op de grond vastgegrepen worden, en vervolgens moet de beker worden opgetild. Als laatst hebben ons budget voor het materiaal vastgesteld op 70 euro.
In ons ontwerpproces hebben wij een brainstormsessie gehouden over de oplossingen voor de verschillende deelproblemen: het grijpen van de beker, het construeren van de arm, de aandrijving van de arm en de montage aan het bord. Wij hebben dit gedaan om zoveel mogelijk oplossingen voor deze deelproblemen konden vinden in een korte tijd. In de onderstaande tabel staat de uitkomst van de brainstormsessie.
Toelichting bovenstaande tabel:
Grijper1: vastpakken van de beker en het vasthouden van de beker.
Arm2: de verbinding tussen de grijper en het bord.
Aandrijving3: het in beweging zetten van de arm en grijper.
Montage4: bevestiging van de arm aan het bord.
Met de oplossingen voor de deelproblemen heeft ieder groepslid een conceptontwerp uitgewerkt. In de onderstaande blauwe tabel staan de gekozen oplossingen voor de deelproblemen van een selectie van de conceptenontwerpen.
Met de oplossingen voor de deelproblemen heeft ieder groepslid een conceptontwerp uitgewerkt. In de onderstaande blauwe tabel staan de gekozen oplossingen voor de deelproblemen van een selectie van de conceptenontwerpen.
De liftcabine onderin de conceptschets wordt geopend en gesloten met de grote actuator. De arm is een opvouwbaar mechanisme van staven die aan elkaar bevestigd zijn met scharnieren. De arm kan in en uit elkaar vouwen door middel van de twee kleine actuatoren aan de bovenkant, waardoor de liftcabine omhoog zal worden verplaatst. Verder is de bovenkant van grijper aan het bord gemonteerd met schroeven.
Commentaar:
De grijper is een origineel idee vanwege de liftcabine waar het bekertje in kan worden geplaats. Daarnaast is het idee ook goed uitvoerbaar. Aan de andere kant is het idee niet praktisch omdat het vastpakken van de beker te snel gaat en de beker niet recht zal blijven staan of geplet zal worden.
De tweede conceptschets geeft de grijper van Thomas weer. De grijper bestaat uit een cirkel-omsluiter met een stilstaand en een bewegend deel dat wordt aangedreven door een kleine actuator (zie rechtsboven in de schets). De arm bestaat uit acht parallelle staven die naar boven en beneden worden bewogen door de grote actuator. De scharnieren links op de tekening verbinden zowel de arm als de actuator aan het bord. Als ‘finishing touch’ heeft Thomas veren tussen het scharnierpunt en de arm geplaatst voor een langzamere beweging.
Commentaar:
De grijper van Thomas heeft een goedwerkende beweging in zich waardoor dit concept als zeer realistisch naar voren kwam. De parallelle armen zorgen voor veel stabiliteit. Het vastpakken van de beker gaat in dit concept nog te snel, dit probleem zou verholpen kunnen worden door zacht materiaal of een veer in het grijperdeel te plaatsen.
De grijper van concept 3 (figuur 3) bestaat uit een houten vierkant met aan de zijkant een cirkel van touw die om de beker kan vallen, waarna het touw door een kleine actuator wordt aangespannen zodat de beker gecontroleerd wordt vastgepakt. De grijper hangt aan een touw dat omhoog wordt gehouden door de basis en arm (figuur 4). De basis bestaat een zelfstandige constructie van hout waarin een touw met een groot aantal windingen gespannen is over twee buizen.
Commentaar:
Het idee van het gespannen touw als arm is veelbelovend, katrollen in plaats van de buizen zouden dit deel het concept verbeteren. De grijper zal zeer goed werken vanwege het stabiele vastpakken. De arm van de grijper zou ook met haken kunnen worden opgehangen.
De volgende stap in ons ontwerpproces is het samenstellen van het definitieve ontwerp van de grijper op basis van de drie conceptontwerpen. Wij hebben de conceptontwerpen aan elkaar gepresenteerd en beoordeeld op basis van de negen verschillende ontwerpeisen. In de bovenstaande tabel staat de beoordeling van de drie concepten op basis van het morfologisch schema, waarin het concept op onderstaande punten wordt beoordeeld. De belangrijkste eisen zijn: