Design og konstruksjon av vaffel-lagende robot.

Abstract

Bacheloroppgaven gikk ut på å fysisk konstruere en robotarm som skulle påføre røre på to vaffeljern, med plass til to vafler hver. Dette skulle kunne gjentas til det ikke var mer vaffelrøre igjen. Deretter skulle en vaskeprosess kunne igangsettes, for å rengjøre slanger, pumpe, tank og ventil. Man endte opp med et design der det var koblet en slange fra en 10l-gryte (som fungerte som tank for vaffelrøren) til en trykkvannspumpe. Pumpen pumpet så røren opp til ventilen, som var festet til tuppen av robotarmen. En ventil som var normalt lukket. Ventilen åpnet seg et gitt tidsintervall når robotarmen hadde nådd posisjonene hvor vaffelrøre skulle påføres. Slik fortsatte den til det hadde blitt påført røre ved alle de fire posisjonene. Deretter stoppet den opp ved utgangsposisjonen, og ventet på et signal startknappen for å kunne gjennomføre prosessen på nytt, helt til det var tomt for vaffelrøre. En oppgave som ville kreve at kunnskaper fra de fleste obligatoriske –og ikke obligatoriske programfag måtte tas i bruk. Spesielt obligatoriske fag som maskinkonstruksjon og 3D-modellering, samt valgfaget styringsteknikk. En var på forhånd også klar over at kunnskap som strakk seg utover pensumet måtte tilegnes. Med andre ord en spennende oppgave, men også utfordrende og krevende. Det har vært et gjennomgående fokus under utformingen av robotarmen at de totale kostnadene skulle holdes så lave som mulig, og nyinnkjøpte deler skulle være så få som mulig. Dette fordi det er universitet/fakultet som tok regningen, og styrte et budsjett, men også fordi gjenbruk og miljø var viktige stikkord. Målet var å få så lave kostnader at dette vil være et mer prisgunstig alternativ for fakultet enn å kjøpe en industriell robotarm og programmere denne til å utføre oppgavene. Dette innebar blant annet at samtlige bære-deler, bortsett fra kulelager, bolter og muttere, ble laget selv, av materialer fra “skraphaugen” på universitets-verkstedet. Ved kjøp av eksterne deler, som motorer, ledninger, ventiler m.m., har også lav pris vært et viktig stikkord. På grunn av dette så ble ikke det ytre designet det mest estetiske. Funksjon har trumfet estetikk i alle ledd. Det overordnede målet har til enhver tid vært at robotarmen skulle kunne utføre dens oppgaver. En konkluderte til slutt med at robotarmen klarte å gjennomføre de oppgavene den var tiltenkt. Den oppnådde ønskede posisjoner, og rett mengde røre ble tilført vaffeljernet ved disse posisjonene. Man var likevel ikke helt tilfreds med brukersikkerheten og brukeropplevelsen knyttet til håndteringen av produktet. Så man bestemte seg for, foreløpig, at robotarmen kun skulle tas fram ved spesielle anledninger, og kun tas i bruk av kvalifisert opplært personell. Man ønsker også at robotarmen er i stand til å gjennomføre flere oppgaver enn det den kan i dag, som f.eks. å løfte lokkene til vaffeljerna, og ta vafler av vaffeljerna.

The bachelor-thesis main goal was to construct a waffle cooking robot arm, which could apply waffle-batter onto two different "waffle-irons", with room for two waffles each. This process should have the possibility to run, until there was no more batter left. After this, one should have the possibility to run a washing-program, where the pump, valve, pipes would be thoroughly cleaned. The final design ended up being a pipe, connected to a 10l pot, which was used as the tank for the waffle-batter. This pipe was so connected to a pump, which pumped the batter up to a solenoid valve, which was located at the end-effector of the robot arm. The valve vas NC, and opened at the right positions, for the right amount of time. It did this at all 4 positions. After one round, the robot arm would stop, and wait for another signal from an installed momentary pushbutton. One could rerun this process until the there was no more batter in the tank. This task implied that the authors of this thesis would have a wide spread of knowledge, including programming, CAD, mechanical design and so forth. Knowledge, which was already acquired, and knowledge which one had to acquire during the construction. In others words a demanding and challenging, but exciting task. It was always a main focus to keep the total costs as low as possible, because the university is paying for these costs. Environment was also a key word. Because of this one decided to construct all carrying-parts of already used material, from the "trash-pile" in the university-workshop. With the costs of external parts, as motors, drivers, power supplies, low price has also been important. The main goal with was to keep the costs so low, that this robot arm would be a cheaper alternative than buying an industrial robot arm. Because the costs were kept as low as possible, the final design was not the most aesthetic. Functionality was prioritized above aesthetics. The overall goal was to make a robot arm, which executed its predefined tasks. The robot arm did exactly this. It achieved its intended positions and applied the right amount waffle-batter at these positions. However, one was still not fully satisfied. To get an even better product, one would make sure user-safety and user-experience would get thoroughly improved. One would also see that the robot arm could perform more, and more complex tasks, as lifting the cover of the waffle-irons, and moving waffles.