השוואה בעזרת מידול דינמי עבור ראשי קטיפה בוואקום למערכת קטיף אוטנומית רובטית לתפוחים
במסגרת קורס דינמיקה של רכב המועבר בטכניון במסלול מיכון חקלאי
מצגת - presentation
http://www.slideshare.net/orhirshfeld/ss-42439356
Dynamic model using Msc Adams
Or Hirshfeld
http://il.linkedin.com/pub/or-hirshfeld/4b/79/57
More than Just Lines on a Map: Best Practices for U.S Bike Routes
פרוייקטון דינמיקה של רכב אור הירשפלד - אביב תשעד טכניון - הורדת תפוח מעץ
1. טכניון – מכון טכנולוגי לישראל - המסלול להנדסה חקלאית – מגמת מיכון
בחירת קונוס ואקום לקטיף
תפוח אוטונומי
פרוייקט במסגרת קורס דינמיקה של רכב
מנחים: ד"ר דרור רובינשטיין
ירון פרנקו
מגיש: אור הירשפלד
3 לנובמבר 4102
2. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
תוכן עניינים
רקע .................................................................................................................................. 2
מטרה................................................................................................................................ 4
מודל ................................................................................................................................. 4
החלקים:..................................................................................................................... 4
חלופות .............................................................................................................................. 5
קונוס גדול חלק מבפנים.................................................................................................... 5
קונוס גדול משונן ............................................................................................................. 5
קונוס קטן וגמיש .............................................................................................................. 5
הגדרות ............................................................................................................................. 6
הגדרת קפיץ עבור העץ: ................................................................................................... 6
קפיץ המדמה וואקום ........................................................................................................ 8
מאמצי מגע..................................................................................................................... 9
כוח משיכת הזרוע............................................................................................................ 9
הוספת ריסון ..................................................................................................................... 10
תוצאות ............................................................................................................................ 10
גרפים .......................................................................................................................... 10
וידיאו ........................................................................................................................... 11
מסקנות ........................................................................................................................... 12
נתונים ומקורות: ................................................................................................................ 12
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 1 מתוך 12
3. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
רקע
במוסד הטכניון למחקר ופיתוח בהנדסה חלקאית נבחנה האפשרות לפיתוח מכונת קטיף אוטנומית
לתפוחים. דובר על כלי רכב עליו מורכב אמצעי קטיפה ואמצעי אגירה והכל מתנהל באופן אוטונומי
בעזרת חיישנים ומצלמות.
במסגרת פרוייקט הסיום הועדפה החלופה של זרוע רובוטית קרטזית שאל הקצה שלה מחובר קונוס
גמיש אשר מתלבש על התפוח תוך כדי יצירת תת-לחץ בחלל שבין התפוח אל הקונוס וכך נתפס
התפוח.
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 2 מתוך 12
4. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 3 מתוך 12
5. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
מטרה
מטרת הבדיקה הוא לבחון איזה צורת קונוס יוצרת הכי פחות מאמצי מגע בינה לבין התפוח הנקטף
מודל
נבנה מודל פשוט המפורט להלן
" 80
החלקים:
תפוח המיועד לקטיף מגיע עד קוטר של כ 03- מ"מ.
קפיץ המדמה ענף – קפיץ שבעיבור נמוך הוא בעל קישחות נמוכה בכדי לדמות את החלק
הראשון של הורדת פרי מן העץ כאשר הענף מתכופף. בחלק השני הקשיחות תעלה והפרי
ייתלש רק בכוח של כ 03- ניוטון.
מאמצי מגע – הקונוס הוא משטח משונן של סיליקון שבא במגע עם התפוח. מאמץ המגע
חשוב להגדרת הממשק בינהם כך שיווצר לחץ נגדי כאשר יש וואקום וגם מייצר התנגדות
נוספת כאשר הענף מושך את התפוח לכיוונו.
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 4 מתוך 12
6. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
חלופות
קונוס גדול חלק מבפנים
זהו קונוס גדול המקל על הניווט אל התפוח ומצריך פחות דיוק עם התקרבות לתפוח אמנם הוא עלול
להיות "מגושם" מידי כאשר התפוח מצוי בתוך סבך.
איור 1 – מידות וחתך צד של קונוס גדול
קונוס גדול משונן
כדי לגרום לאטימה טובה יותר של הוואקום ניתן לשנן את הדופן הפנימי של הקונוס אמנם יהיה חיכוך
גדול יותר ונקודתי יותר בין התפוח לקונוס.
איור 2 - חתך צד של קונוס גדול משונן
קונוס קטן וגמיש
קונוס זה הוא יותר קל לניווט בתוך הסבך של העץ ומכשולים אחרים אשר עלולים להפריע אמנם
השטח הוואקום שלו יותר קטן וצריך ליצור לחץ וואקום יותר גדול
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 5 מתוך 12
7. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
הגדרות
הגדרת קפיץ עבור העץ:
זה Y נגדיר טבלה המתארת את הכוח כפונקציה של תזוזה ונקבל גרף המחושב באדאמס, כאשר ציר
זה תזוזה במטר. X כוח בניוטון וציר
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 6 מתוך 12
8. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 7 מתוך 12
9. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
קפיץ המדמה וואקום
זה תזוזה במטר X זה כוח בניוטון וציר Y עבור הוואקום נגדיר קפיץ בצורה הבאה כאשר ציר
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 8 מתוך 12
10. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
מאמצי מגע
נחשב מקדמי מגע לפי תיאוריית הרץ
כוח משיכת הזרוע
כוח משיכה בבסיס הקונוס המדמה את פעולת הזרוע
ניצור כוח הבא מכיוון הזרוע של עד 003 ניטון המתחיל לאחר 3.0 שנייה ופועל 00 שניות
.)step(time,0,0.5,10,150
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 9 מתוך 12
11. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
הוספת ריסון
)branch( בסימולציה ראשונה נוכל לראות את הניתוק מן העץ כאשר נפסק הכוח מכיוון הענף
אמנם יש תנודיות רבה לכן נוסיף ריסון.
לאחר הוספת ריסון, גרף של כוח ]ניטון[ כתלות בזמן ]שניות[ ואחריו דפורמציה ]מטר[ כתלולת בזמן
]שניות[
תוצאות
גרפים
בגרף הבא נראה השוואה עבור כוחות מגע ]ניוטון[ בין הקונוסים השונים כתלות בזמן ]שניות[ כאשר
הגרף הכחול הוא קונוס משונן, הגרף האדום הוא קונוס חלק והגרף הורוד הוא הקונוס הקטן. נראה כי
כל התוצאות מאוד קרובות ולכן נפנה למדידת כוחות חיכוך.
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 10 מתוך 12
12. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
נבחן את הכוחות חיכוך
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
Friction force [N] between cone and apple
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
Friction Force [N]
Time [ms]
smooth cone
tooth cone
small cone
נראה כי עבור קונוס קטן נקבל חיכוך מקסימלי, 02 ניטון. בהפרש ניכר אחריו הקונוס המשונן עם
חיכוך מקסימלי של 2 ניטון. הכי פחות חיכוך עבור הקונוס החלק עם 0 ניטון.
וידיאו
Cone_and_apple.avi
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 11 מתוך 12
13. דינמיקה של רכב בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומי טכניון
Cone_and_apple.avi
מסקנות
למניעת חיכוך גבוה עדיף להשתמש בקונוס גדול יותר אמנם יש להתחשב בנושא העבירות בסבך של
קונוס מסוג זה.
בנוסף נראה כי אין הבדל גדול בין כוחות חיכוך בקונוס משונן לקונוס לא משונן ולכן יש לשקול לחיוב
הוספת שינון על הקונוס לשם יצירת וואקום טוב יותר.
להמשך צריך לבדוק מהו הסף החיכוך שהתפוח יכול לסבול.
בנוסף יש למדל את הכוח שתופס את התפוח בצורה דומה יותר לוואוקום ולא בעזרת קפיץ בודד.
נתונים ומקורות:
נקבע את משקל התפוח ל 003- גרם ונתאים את הצפיפות לפי נתון זה
מקדם פואסון של תפוח לפי
http://www.old.international- agrophysics.
org/artykuly/international_agrophysics/IntAgr_2008_22_2_99.pdf
http://www.pjbs.org/pjnonline/fin942.pdf מודל יאנג של תפוח לפי
/https://www.memsnet.org/material/siliconsibulk מודל יאנג של סיליקון לפי
ריסון של עץ לפי
http://www.academia.edu/7521157/Experimental_Verification_of_Damping_Coeffi
cient_by_Half_Power_Band_Width_Method
אור הירשפלד 30 נובמבר 4302 עמוד 12 מתוך 12