Energie simulatie

Motor gegevens.

Er wordt gebruik gemaakt van de twee elektromotoren als aandrijving. de specificaties van de elektro motor is hier onder weer gegeven in een tabel.

tabel met de motor gegevens uit de data sheet

Hieronder de koppel toeren kromme grafiek, die af gelezen is uit de tabel.

Koppel toeren kromme grafiek.

Doordat de koppel toeren kromme grafiek een lijkt op een linieare lijn, is er gebruik gemaakt van de functie trendline in excel en hier is dan de formule van de grafiek van afgeleid. Om de formule voor de grafiek is.

Y = -1,2967 * X + 7,7844

Hieronder wordt de tabel weer gegeven

motor gegevens tabel.

Nu deze tabel beschikbaar is kan de vermogens grafiek van de twee motor samen bepaald worden.

Vermogens grafiek

Oude situatie

Ingevulde parameters,

gebruikte parameters

Systeem accelereert naar een snelheid van 1 m/s binnen 3 seconden.

Hieronder de tabel met gegevens,

overzicht tabel met ingevoerde gegevens.

Zoals af lezen is uit de tabel accelereert het systeem van 0 m/s naar 1 m/s en legt daar bij een afstand af van 3 meter. Na drie meter te hebben geaccelereerd rijdt het systeem een snelheid van 1 m/s . Het totale verbruikte energie voor het accelereren naar 1 m/s is 21,02 J.

Hieronder de grafieken,

De snelheid in functie van de tijd.

Rol weerstand en de luchtweerstand uitgezet tegen de snelheid.

 Uit de laatste grafiek is op te merken dat de luchtweerstand weinig tot geen invloed heeft op de F totaal. Maar heeft juist de rol weerstand en de acceleratie weerstand veel invloed op het energie verbruik van het systeem.

Nieuwe situatie, het maximale acceleratie niveau van de motor.

Omdat er nu een motor keuze is gemaakt, wordt de nieuwe acceleratie snelheid bepaald. De acceleratie snelheid wordt bepaald door het maximale vermogen van de twee motoren. Hieronder de uitwerking van hoe de nieuwe acceleratie berekend is.

Waardes die al beschikbaar zijn vanuit de tabellen en opgestelde voorwaarden.

Maximaal beschikbare vermogen is 23 Watt.
Snelheid die het systeem moet gaan rijden is 1 m/s.
Flucht bij een snelheid van 1 m/s is 0,29 N.
Frol is constante waarde en  is 0,981 N.
De massa van het systeem is vastgesteld op 40 Kg.
Gebruikte formule is P = Ftotaal * V.

uitwerking om de versnelling te berekenen.

Hieronder de tabel met gegevens, met de nieuwe ingevoerde acceleratie snelheid.

tabel nieuwe situatie

Zoals af lezen is uit de tabel accelereert het systeem van 0 m/s naar 1 m/s en legt daar bij een afstand af van 1,8 meter. Na 1,8 meter te hebben geaccelereerd rijdt het systeem een snelheid van 1 m/s . Het totale verbruikte energie voor het accelereren naar 1 m/s is 21,16 J. Na 3 seconden is het systeem op een afstand van ongeveer drie meter.

Hieronder de grafieken,

snelheid in functie van de tijd

Conclusie

In oude situatie duurt het langer voor dat het systeem de snelheid van 1 m/s bereikt. In de nieuwe situatie heeft hij deze snelheid al bereikt na 1,8 seconden. Dat betekend dat hij een kleinere optrek weg nodig heeft. Toch kost het in de nieuwe situatie meer energie om tot de afstand van 3 meter te komen dan in de oude situatie. 

Ook heb ik opgemerkt dat de luchtweerstand bij deze kleine snelheden weinig tot geen invloed heeft op het energie verbruik. Maar de rol weerstand en acceleratie weerstand juist weer heel veel.

Ook heb ik ontdekt dat zowel in de oude als in de nieuwe situatie het systeem na 3 seconden gewoon drie meter heeft afgelegd. Maar in de oude situatie verbruikt het systeem minder energie (21,02 Joule) en in de nieuwe situatie verbruikt het systeem 22,5 joule. Het verschil daar tussen is, maar 1,5 J. 

Systeem overzicht Tommy.

Systeem  

1.0.0.0 Tommy

Sub-systemen

1.1.0.0 Voortbewegen.

1.2.0.0 Oppakken.

1.3.0.0 Temperatuur regeling.

1.4.0.0 Stabilisator.

1.5.0.0 Thinker.

Componenten.

1.1.1.0 Lijn detectie.
1.1.2.0 Control drie.
1.1.3.0 Power supply.
1.1.4.0 Transmissie.
1.1.5.0 Aandrijfwielen.

1.2.1.0 Fles detectie.
1.2.2.0 Control twee.
1.2.3.0 Power supply.
1.2.4.0 Transmissie.
1.2.5.0 Air switcher.
1.2.6.0 Verticale verplaatser.

1.3.1.0 Temp. Sensoren.
1.3.2.0 Stand alone control.
1.3.3.0 Power supply.
1.3.4.0 Koeler.

1.4.1.0 Power supply.
1.4.2.0 Regulator.
1.4.3.0 Control power supply.

1.5.1.0 Master Control.

Systeem overzicht.

Totale systeem overzicht

Sub-systeem overzicht Voortbewegen.

Sub-systeem Aandrijving met de daarbij behorende componenten.

Sub-systeem overzicht Oppakken.

Sub-systeem Oppakken met de daarbij behorende componenten.

Sub-systeem overzicht Temperatuur regeling.

Sub-systeem Temp. regeling met de daarbij behorende componenten.

Keuze doorloop onderdeel

Systeem; Tommy.

Subsysteem; Energieopslag & transport.

Component; Temperatuur regelaar.

Beschrijving;

D.m.v. drie temperatuur sensoren wordt de temperatuur in de E-kast rond de  twintig graden Celsius geregeld. Om die temperatuur te bereiken wordt er gebruik gemaakt van een ventilator , hieronder leest u de drie alternatieven voor de ventilator. De keuze is gemaakt op kostprijs, volume, energie verbruik en levensduur.

Inhoud van het document.

Alternatief één.

Alternatief twee.

Alternatief drie.

Conclusie.

Alternatief één

Ventilator voorbeeld alternatief één

Flow pressure grafiek

 Specificaties alternatief één

Naam                                                                  Sunon EE80251S2-0000-C99.

Afmetingen                                                          80(L) X 80(H) X 20(B).

Bedrijfsspanning.                                                 Gelijkspanning 12 Vdc.

Stroomverbruik.                                                  Gelijkstroom  120 mA.

Vermogen.                                                          1,4 Watt.                                           

Luchtverplaatsing.                                               62,9 m³/h.

Druk opbouw.                                                    37,36 Pascal/ 0,37 mBar.

Geluidsproductie                                                 30 dB.

Levensduur.                                                        35.000 uur. Bij een temperatuur van 40 graden Celsius.

Kostprijs.                                                            € 3,00.                                 

Fabrikant.                                                           Sunon.

Leverancier                                                        Conrad.

(Gegevens afkomstig uit de datasheet>> Datasheet Alternatieve ventilator één)

Alternatief twee

Voorbeeld ventilator alternatief twee

Flow druk grafiek alternatief twee

Specificaties alternatief twee

Naam                                                                  Sunon DR-ventilator EE70201S1-000U-A99

Afmetingen                                                          70(L) X 70(H) X 20(B).

Bedrijfsspanning.                                                 Gelijkspanning 12 Vdc.

Stroomverbruik.                                                  Gelijkstroom  135 mA.

Vermogen.                                                          1,62 Watt.                                         

Luchtverplaatsing.                                               49,3 m³/h.

Druk opbouw.                                                    34.87 Pascal/ 0,34 mBar.

Geluidsproductie                                                 33 dB.

Levensduur.                                                        35.000 uur. Bij een temperatuur van 40 graden Celsius.

Kostprijs.                                                            € 7,32.                                 

Fabrikant.                                                           Sunon.

Leverancier                                                        Conrad.

(Gegevens afkomstig uit de datasheet >> Datasheet alternatieve ventilator twee).

Alternatief drie

Voorbeeld ventilator alternatief drie

Flow druk grafiek alternatief drie

Specificaties alternatief drie

Naam                                                                   Panasonic ASFN86391.

Afmetingen                                                           80(L) X 80 (H) X 25(B).

Bedrijfsspanning.                                                  Gelijkspanning 12 Vdc.

Stroomverbruik.                                                   Gelijkstroom  340 mA.

Vermogen.                                                           4,08 Watt.                                         

Luchtverplaatsing.                                                73 m³/h.

Druk opbouw.                                                     44,70 Pascal/ 0,44 mBar.

Geluidsproductie                                                  35 dB.

Levensduur.                                                         60.000 uur. Bij een temperatuur van 40 graden Celsius.

Kostprijs.                                                             € 18,54.                                              

Fabrikant.                                                            Panasonic.

Leverancier                                                          Conrad.

(Gegevens afkomstig uit de datasheet >> Datasheet alternatief ventilator drie ). 

Conclusie

In dit hoofdstuk wordt de keuze gemaakt van één van de drie alternatieve. De eisen waar aan de ventilator moet voldoen zijn hieronder vermeld.

Hieronder in een opsomming de eisen waaraan de ventilator moet voldoen.

1. De afmetingen van de ventilator is 80(L) x 80(H) x 20 (B).
2. De kostprijs van de ventilator ligt tussen de twee euro en de tien euro.
3. De minimale luchtstroom van de ventilator is 60 m³/h.
4. De levensduur van de ventilator is minimaal 30000 uur.
5. De geluidsproductie van de ventilator is maximaal 30 dB.
6. Stroomverbruik van de ventilator is maximaal 150 mA.

Om een keuze te kunnen maken is er een keuze tabel opgesteld. Hier worden de eisen/wensen getoetst aan de hand van een punten telling.

Keuze tabel 

De definitieve keuze.

De toegepast ventilator gaat worden “alternatieve keuze één”, deze ventilator voldoet het beste aan de eisen. Dat blijkt ook uit het keuze tabel, want het totaal aantal punten is 30 en deze ventilator scoort er 28. Alleen de levensduur is net 30000 draai uren. Daarom zijn er daar 3 punten toegediend.

De ventilator die nu in de robot is gebouwd heeft als stroomverbruik rond de 200 mA. Dit stroom verbruik is 50 mA te veel t.o.v. de eis. Daarom is de keuze her overwogen om een andere ventilator in te bouwen met de dezelfde afmetingen.

Ook is de luchtstroom van de ventilator te laag, de lucht stroom van de nu ingebouwde ventilator is ongeveer 50 m³/h. Deze luchtstroom is 10 m³/h te weinig dan de voorgestelde eis. De opnieuw gekozen ventilator heeft een luchtstroom van 62,9 m³/h.

Dit zijn de twee voornaamste redenen voor het kiezen van de ventilator; Sunon EE80251S2-0000-C99.

De componenten en onderdelen in de E-kast worden nu beter gekoeld, want de luchtstroom is hoger waardoor er meer warmte wordt afgevoerd naar de buiten wereld. Er zit in de E-kast onder in een groot lucht gat, waardoor de warme lucht weg kan stromen. Ook is de opnieuw gekozen ventilator groter, waardoor allebei de aansturingen goed gekoeld worden. Het gedrag van het systeem verandert hierdoor, want de onderdelen worden beter gekoeld. Hierdoor komt de mogelijkheid om de robot sneller te laten acceleren, maar deze mogelijkheid moet nog onderzocht worden.

Functionele eisen

Functionele eisen hebben betrekking op de eisen van de gebruiker. Hier heb ik het woord functionele verkeerd begrepen, eerst dacht ik dat het een functioneel moest zijn. Hier onder een voorbeeld,

                 De kleur van een hoofdstroom draad is Rood.

Hier bij is rood de functionele kleur om aan te geven dat hier de hoofd stroom door heen vloeit. Maar na overleg met mijn begeleider blijkt dat functionele eisen betrekking hebben op de eisen van de gebruiker.
Dus dat voorbeeld wat ik net gegeven heb moet eigenlijk omschreven worden als, wat heeft de gebruiker hier aan of wat wil de gebruiker. Hieronder drie functionele eisen die ik heb opgesteld.

1.    De kleur van de draad of slang geeft aan wat voor type signaal er door de draad/slang getransporteerd wordt.
2. De robot is in staat scherp te sturen.
3. De ingangssignalen zijn los te koppelen van de E-kast.

Wat heb ik hiervan geleerd, het opstellen van functionele eisen moet ik doen van uit het perspectief van de gebruiker. Hieronder nog een aantal functionele eisen.

1. De robot is in staat om zicht zelf voor uit en achter uit te verplaatsen.
2. De robot is in staat een object vast te houden.
3. De robot is in staat een om objecten te detecteren.

1. 
   

Bill of Materiales en Kostprijs

Wat heb ik gedaan?

Ik heb een Bill of Materialen opgesteld voor de elektrotechnische onderdelen van het systeem, ook heb ik de gebruikte symbolen genormaliseerd. Dat wil zeggen dat ik een link heb gelegd tussen het functionele gedeelte van het systeem en het technische gedeelte van het systeem. Hieronder laat ik de ranking waarde zien van een nr, Eerst een voorbeeld hoe je de tabellen moet lezen, daarna komen de gedefinieerde nummers. Men noemt dit ook wel een Product Documentatie Pakket.

1.0.0 --> sub-systeem.
1.1.0--> component.
1.1.1--> onderdeel

Dus nr 2.1.10,

2. Betekend sub-systeem 2 ( A naar B),
1. Component aandrijving.
10. Onderdeel 10, dus Q 19 is de Mosfet IRL 540 N.

Totale systeem overzicht,

sub-systeem definitie.

1--> Sub-systeem Pick & Place.
2--> Sub-systeem A naar B.
3--> Sub-systeem Energie opslag & transport.
4--> Sub-systeem Detectie.
5--> Sub-systeem Logic.

Component definitie

1.1--> Component Grijpen & Schaarlift.
2.1--> Component Aandrijving.
3.1--> Component Klimaat regeling.
3.2--> Component Stabilisator.
3.3--> Component bekabeling
4.1--> Component Motor beveiliging.
4.2--> Component Line tracking.
5.1--> Component Thinker

Onderdeel definities

Sub-Systeem Pick & Place (1).

Pick en Place overzicht

Sub-systeem A naar B (2).

Sub-systeem A naar B overzicht.

Sub-systeem Energie opslag & Transport (3). 

Klimaat regeling overzicht

Stabilisator overzicht.

Bekabeling overzicht.

Sub-systeem Detectie (4).

Motor beveiliging overzicht.

Line tracking overzicht.

 Sub-systeem Logic (5).

Thinker overzicht.

Wat heb ik er van geleerd?

Het is erg moeilijk om de juiste onderdelen te linken aan de juiste component etc. Daarom moet ik mezelf hier op gaan ontwikkelen in de toekomst, om een PDP moeiteloos te kunnen opstellen. Voor de rest werkt het erg makkelijk, want ik heb de benaming (dat zijn symbolen) gelinkt aan de onderdelen die getekend staan in de technische tekeningen. Zo leg ik een verband tussen de functionele gedeelte van het systeem en het technische gedeelte van het systeem.

Functionele en technische eisen

Wat heb ik gedaan?

omdat we volgens het V-model werken, ben ik functionele en technische eisen gaan opstellen. Voordat ik dan de component test fase bereik van het V-model kan ik eerste alle gedetailleerde onderdelen testen aan de hand van het door mij op gesteld technische eisen pakket. Hieronder het technische eisen pakket.Hieronder worden de technische eisen weergegeven. Technische eisen worden meer toegepast onderin het V-model. Denk hierbij aan de signaal vorm die door het systeem loopt of de grootte van de stromen hoe dik moet dan de draad zijn bijvoorbeeld..

Technische eisen pakket.

Heb ik gehele systeem getest, dan kan het gehele systeem ook toetsen aan het functionele eisen pakket.Hieronder worden in de tabel de functionele eisen weergegeven. Een functionele eis heeft betrekking op de functionaliteit van het systeem. Ook heeft een functionele eis betrekking tot mens, bijvoorbeeld de kleur van een draad. Zo kan de monteur of bediende snel herkennen wat voor signaal er door de draad verplaatst wordt. Hier onder de tabel met functionele eisen.

Functionele eisen pakket.

Wat heb ik er van geleerd?

Door technische eisen op te stellen kan ik de gedetailleerde oplossingen toetsen, voordat ik daadwerkelijk ga testen. Zo behoud ik mezelf er van dat ik in een later fase niet mezelf in de vingers snijd, van dat een detail niet voldoet aan de eisen.

Totaal plaatje van de robot "Tommy"

Toetsing aan PVE van team "Tommy"

In deze blogpost toets ik mijn Concept aan het door mij opstelde PVE/PVW.

Hieronder ziet u de toetsing van mijn concept aan mijn PVE.

Zoals u kunt zien voldoet mijn concept aan alle eisen uit het PVE. Dus mijn concept heeft een Go volgens het door mij opgestelde PVE.

Systeem overzicht

Wat heb ik gedaan?


Ik ben begonnen met het opstellen van schetsen, want de systeem overzichten ontbraken in de nieuwe groep waar ik terecht kwam.

Een schets van een mogelijk E-interface

Een schets van een mogelijk systeem overzicht

Hier een schets van een mogelijk

Een integraal idee van een systeem overzicht

Een toestandsdiagram van sub-systeem Line tracking

Resultaat

Hieronder is het systeem overzicht te zien van de line tracking,

systeem overzicht

Nu heb ik tot op component niveau de het systeem uitgezocht. Daarna ben ik verder gaan in de niveau's samenstelling en onderdeel. Maar dat is weer een andere blog post.

Wat heb ik geleerd?

1. Door een systeem overzicht op te stellen ben ik sneller bewust van het feit dat er verschillende ingangs- en uitgangssignalen nodig zijn om een systeem te laten werken. Door een systeem overzicht op te stellen krijg ik deze ingangssignalen en uitgangssignalen in beeld. Hier op kan ik dan weer E-interfaces ontwerpen die de ingangsgrootheden omzetten naar een logische taal voor de micro processors.

Sub-systeem Energie opslag en transport (van onderdeel tot Sub-systeem)

Wat heb ik gedaan?

Ik heb een kastje ontwikkeld om hier alle elektrische schakelingen in te stoppen. Dit kastje is 300 mm L bij 170 mm B en 130 mm H. 

Uit dit kasje komen dan alle uitgangssignalen, zoals aansturing van de motoren en voeding voor de ultra soon sensor.

In dit kasje komen dan ook alle ingangssignalen te recht. De micro controllers zijn ook allemaal in dit kastje ingebouwd.

Ten slotte heb ik er ook nog een actieve koeling in gebouwd. Deze koeling blaast wind door de koelplaten heen van de aansturing, waardoor deze koelplaten weer afkoelen.

Resultaat.

Na de bouw van het RVS frame zag het E-kastje er zo uit. Later heb ik dat zwart gespoten.

- Metingen verrichtingen tijdens het engineering van de bedrading

Het labellen van aders, anders weet je op den duur niet meer welke ader  bij wat hoort.

Het begint er al op te lijken.

Hier een foto van de boven kant waarbij metingen worden verricht in het E-kastje. Waarschijnlijk zat er een storing in.

Foto van af de voorkant waarbij de Blauwe led's zijn ingeschakeld.

Boven aanzicht foto.

Zijaanzicht foto.

Achter aanzicht foto.

Foto van oplevering E-kastje, je kunt zien dat de blauwe ingebouwde Led's werken.

Wat heb ik geleerd?

1. Door dit te doen heb ik geleerd om nauwkeurig te werken. Ook kan ik nu redelijk goed inschatten hoe een productie medewerken te werk gaat als hij mijn tekenen moet gaan uitwerken.