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 רובינשטייןירון פרנקו

מגיש: אור הירשפלד

2014לנובמבר 3

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

תוכן עניינים2...............................................................................................................................רקע

4............................................................................................................................מטרה

4..............................................................................................................................מודל

4.................................................................................................................החלקים:

5...........................................................................................................................חלופות

5...............................................................................................קונוס גדול חלק מבפנים

5.........................................................................................................קונוס גדול משונן

5..........................................................................................................קונוס קטן וגמיש

6..........................................................................................................................הגדרות

6...............................................................................................הגדרת קפיץ עבור העץ:

8....................................................................................................קפיץ המדמה וואקום

9.................................................................................................................מאמצי מגע

9........................................................................................................כוח משיכת הזרוע

10.................................................................................................................הוספת ריסון

10........................................................................................................................תוצאות

10.......................................................................................................................גרפים

11........................................................................................................................וידיאו

12........................................................................................................................מסקנות

12............................................................................................................נתונים ומקורות:

13 מתוך 1עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

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 מתנהלבאופן 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.

13 מתוך 2עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

13 מתוך 3עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

מטרה מטרת הבדיקה הוא לבחון איזה צורת קונוס יוצרת הכי פחות מאמצי מגע בינה לבין התפוח

הנקטף

מודלנבנה מודל פשוט המפורט להלן

החלקים:-מ"מ.80תפוח המיועד לקטיף מגיע עד קוטר של כ 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 ניוטון.50תעלה והפרי ייתלש רק בכוח של כ-

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.

13 מתוך 4עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

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.

– מידות וחתך צד של קונוס גדול1איור

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.

- חתך צד של קונוס גדול משונן2איור

13 מתוך 5עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

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

הגדרות

הגדרת קפיץ עבור העץ: נגדיר טבלה המתארת את הכוח כפונקציה של תזוזה ונקבל גרף המחושב באדאמס, כאשר

זה תזוזה במטר.X זה כוח בניוטון וציר Yציר

13 מתוך 6עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

13 מתוך 7עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

קפיץ המדמה וואקום זה תזוזה במטרX זה כוח בניוטון וציר Yעבור הוואקום נגדיר קפיץ בצורה הבאה כאשר ציר

13 מתוך 8עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

מאמצי מגענחשב מקדמי מגע לפי תיאוריית הרץ

כוח משיכת הזרועכוח משיכה בבסיס הקונוס המדמה את פעולת הזרוע

שניות15 שנייה ופועל 0.5 ניטון המתחיל לאחר 150ניצור כוח הבא מכיוון הזרוע של עד step(time,0,0.5,10,150).

13 מתוך 9עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

הוספת ריסון(branchבסימולציה 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[ כתלולתבזמן ]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.

13 מתוך 10עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

נבחן את הכוחות חיכוך

00001000200030004000500060

2

4

6

8

01

21

elppa dna enoc neewteb ]N[ ecrof noitcirF

enoc htoomsenoc htootenoc llams

]sm[ emiT]N[ e

croF

noi

tcir

F

ניטון. בהפרש ניכר אחריו הקונוס המשונן14נראה כי עבור קונוס קטן נקבל חיכוך מקסימלי, ניטון.3 ניטון. הכי פחות חיכוך עבור הקונוס החלק עם 4עם חיכוך מקסימלי של

וידיאו

13 מתוך 11עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד

טכניון בחירת קונוס וואקום לקטיף תפוח אוטונומידינמיקה של רכב

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 לשקוללחיוב 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:-גרם ונתאים את הצפיפות לפי נתון זה350נקבע את משקל התפוח ל מקדם פואסון של תפוח לפי

http://www.old.international-agrophysics.org/artykuly/international_agrophysics/IntAgr_2008_22_2_99.pdf

מודל יאנג של תפוח לפיhttp://www.pjbs.org/pjnonline/fin942.pdf

מודל יאנג של סיליקון לפיhttps://www.memsnet.org/material/siliconsibulk/

ריסון של עץ לפי

http://www.academia.edu/7521157/Experimental_Verification_of_Damping_Coefficient_by_Half_Power_Band_Width_Method

13 מתוך 12עמוד 2014 נובמבר 03אור הירשפלד