mekatronik a hæve sænkebordnserup.dk/wp-content/uploads/2015/10/mekatronik-a-hæve-sænkebo… ·...
TRANSCRIPT
Mekatronik A
Hæve sænkebord
2015 28/04
AF NICOLAI SERUP, PETER KONGSGAARD & KASPER OLSEN
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 1 af 94
Titelblad Opgavetitel: Mekatronik A eksamensaflevering - Hæve sænkebord
Omfang: 45 normalsider & 58.946 tegn
Afleveringsdato: 28/04 2015 kl. 14.10
Vejleder: Jim Mikkelsen & Henry Lund Pedersen
Studiefag: Teknikfag - Mekatronik A
Uddannelsessted: Vejle Tekniske Gymnasium
Forfattere: Nicolai Serup, Kasper Olsen og Peter Kongsgaard.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 2 af 94
Forord Dette er et eksamensprojekt i faget Mekatronik på Vejle Tekniske Gymnasium. Faget bygger på en
Kombination af maskinarbejde og el arbejde, hvor der arbejdes i begge værksteder.
I eksamensprojekt er der stillet 4 temaer - 1. Vækstregulering, hvor der ses på gartnerier eller friland, 2.
Automatiseringsopgave i en mindre produktionsvirksomhed, 3. Transport System, 4. Opgave i samarbejde
med en virksomhed, hvor der her er fokus på Klovborg maskinfabrik og en arbejdsopgave, som de kunne
finde på at lave og 5. Elektromekanisk træningsudstyr, hvor der arbejdes med at optimere trænings eller
idrætspræstation.
Der skal fremstilles et produkt, inden for det valgte emne, og så skal der udarbejdes et produkt, som skal
afleveres 28/04 2015. Til dette projekt er der afsat 100 timer og forventet elevtid på 60 timer.
Indledning Vejle kommune har valgt, at fokusere på sundhed i gymnasierne, hvor de ser på det ergonomiske
arbejdsmiljø i klasser. De vil forebygge, at de studerende får muskel- og skeletbesvær i fremtiden. Det har
nemlig vist sig, at forkerte siddestillinger og bordhøjder påvirker de studerende i deres senere arbejdsliv.
Vejle kommune har derfor ansat ConSet A/S til at optimere princippet bag hæve sænke bordet, så
siddestillingen i klasselokalet bliver mest mulig ergo dynamisk korrekt for de studerende. Denne opgave har
ConSet ansat os til at løse.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 3 af 94
TITELBLAD 1
FORORD 2
INDLEDNING 2
PROJEKTBESKRIVELSE 6
PROBLEMSTILLING 6
PROBLEMFORMULERING 6
TEKNISK ANALYSE 7
OVERORDNEDE KRAV 7
IDÉGENERERING 7
LØSNINGSFORSLAG VIPPEDEL 7
VALG AF LØSNING 8
LØSNINGSFORSLAG LØFTEDEL 9
LØSNINGSVALG 9
SYSTEM FOKUS / SPECIFICERING AF PRODUKT 10
LØFTEDELEN 10
VINKELDELEN 11
KRAVSPECIFIKATION 11
HÅRDE 11
BLØDE 11
DELKONKLUSION 11
KONKURRENTANALYSE 12
PRODUKTBESKRIVELSE 14
DIMENSIONERING AF PRODUKT 15
MÅL PÅ PRODUKTET 15
MATERIALEVALG 16
KRAFTPÅVIRKNING 16
AKSIALLEJEBEREGNING 17
DEN TEORETISKE LØFTEKRAFT FOR STEPMOTORERNE 19
DIMENSIONERING AF SVEJSNINGER 20
TVÆRKRAFTKURVE 22
MOMENTKURVE 23
NEDBØJNING OVER BORDSTELLET 24
BØJNINGSSPÆNDING 26
BEARBEJDNING 27
BOREHASTIGHED 27
DREJEHASTIGHED 28
FRÆSERHASTIGHED 28
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 4 af 94
GEVIND 28
MASKINVÆRKSTEDET 28
ARBEJDSTEGNINGER 29
UNDERDELEN 29
OVERDELEN 30
SAMLEDE PRODUKT 30
MATERIALELISTE 31
TRAPEZSPINDEL MED TILBEHØR 31
SELVE STELLET 31
VIPPE-FUNKTIONEN 31
BORDPLADEN OG RAMMEN DERTIL 31
ANORDNINGEN DER HOLDER TRAPETZSPINDLEN PÅ PLADS 32
FLOWDIAGRAM FOR SAMLING 32
VÆRKSTEDSARBEJDE 33
PRODUKTET 36
VURDERING AF VÆRKSTEDSARBEJDE 37
DELKONKLUSION 37
PRODUKTUDVIKLING 38
EL VÆRKSTED 40
SPECIFICEREDE KRAV 40
SYSTEMBESKRIVELSE 40
KREDSLØBSDIAGRAM 41
STYREPIC 41
SLAVEPIC - LØFT 42
SLAVEPIC – VIPPE 43
SPEED CONTROL 43
STEPMOTOR 45
STYREPIC 46
SLAVEPIC 47
BESKRIVELSE AF KOMPONENTER 48
PIC KODNING 53
REGISTER 53
BANK: 53
W-REGISTERET 53
LITERAL 54
KOMMANDOER 54
BESKRIVELSE AF PROCESSER – HER TAGES UDGANGSPUNKT I SLAVEPICEN’S KODE. 55
TEST AF EL ARBEJDE 58
MATERIALELISTE 60
FUMLEBRÆT TIL STYREPIC 60
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 5 af 94
FUMLEBRÆT TIL SLAVEPIC’S 60
DELKONKLUSION 60
TEST AF DET SAMLEDE PRODUKTET 61
VURDERING AF PRODUKT 62
VIDEREUDVIKLING AF PRODUKT. 63
KONKLUSION 64
PERSPEKTIVERING 64
BIBLIOGRAFI 65
BILAG 66
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 6 af 94
Projektbeskrivelse I projektbeskrivelsen beskrives problemet som vil være gennemgående i hele rapporten og ligger grundlag
for hele værkstedsarbejdet.
Problemstilling Gymnasieelever bruger rigtig meget tid foran skærmen når de er i gang med skolearbejdet i klassen. I
klasselokalet har de studerende ikke mulighed for at ændre på siddestillinger, som fremadrettet kan have
konsekvenser for de studerendes
arbejdsliv.
Der er nogle generelle indstillinger,
som hvis overholdes, mindsker
risikoen for skader og muskel- og
skeletbesvær:
1. Bordet skal kunne justeres
op og ned.
2. Stolens højde og ryglæn skal
kunne justeres.
3. Skærmen skal placeres 50 -
70 cm
ca. en armslængde fra
øjnene.
4. Skærmen skal være 10 - 25
grader under dit vandrette
syn.
Det er svært at opfylde alle disse retningslinjer og brugeren ender ofte med at skulle vælge mellem korrekt
placerede arme eller en korrekt bøjet nakke
Problemformulering ConSet har sat os på opgaven om at lave et hæve sænke bord der skal forbedre siddestilling for de
studerende ved, at lave en forbedret version af de traditionelle hæve sænke borde.
Hvordan kan vi få bordet til at indstille sig, så brugeren skåner sin ryg mest muligt?
Hvordan kan man gøre et hæve sænke bord mest brugervenligt?
Hvordan kan vi gøre bordet mest muligt holdbart til arbejdsmiljøets omgivelser?
Hvordan kan man indstille bordpladens vinkel alt efter behov?
Figur 1 – Her ses den korrekte sidestilling for en voksen person.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 7 af 94
Teknisk analyse Vi har valgt at se på et eksisterende hæve sænke bord fra kontormoebler.dk/,
da bordet er et godt eksempel på hvad vi skal konkurrere med. Desuden er
disse borde udviklet til de samme miljøer som vi ønsker at se vores løsning i.
Stort set alle elektriske hæve- og sænkeborde skal indstilles ved tryk på
kontakter, og har en fast vandret bordoverflade. Der er generelt en god
valgfrihed ved køb af “Delta bord i finer”, og mange andre hæve sænkeborde.
Bordet kan holde til 100 kilo.
Overordnede krav Vi har opstillet disse direktiver for at konkretisere idegenereringen og produktudviklingen i forhold til hæve
sænkebordets generelle egenskaber.
Bordet skal kunne indstilles i højden.
Bordpladens vinkel skal kunne indstilles.
Bordet skal være solidt.
Integreret låsemekanisme der sikrer at bordet ikke synker ned.
Idégenerering Da vores produkt har to mekaniske dele, som ikke er afhængige af
hinanden, har vi valgt at dele vores løsningsforslag op i 2 dele:
Vippedelen og hæve sænke delen.
Løsningsforslag vippedel
Løsning 1
For at vinkle bordpladen, så er der monteret en rem i begge ender af
bordpladen, som styres af en motor. Når motoren køre den ene vej, så
vipper bordet.
Dette løsningsforslag vil være lidt ustabil, hvis der ikke monteres en form
af understøttelse i enderne. Momentet i enderne vil nemlig være for
store, i forhold til vores krav, og konstruktionen vil være ustabil.
Løsning 2
Bordplade med trapezspindel, som skubbes opad for at vippe
bordpladens vinkel.
Fordele ved denne er, at bordpladens vinkel bliver hævet med et meget stabilt optræk.
Ulempen er dog, at stepmotoren og spindlen vil fylde en del.
Løsning 3
Denne konstruktion er simpel og en holdbar løsning i forhold
til vores krav, i venstre side af bordpladen holdes bordet fast
af et leje der gør at bordets vinkel kan ændres. I højre side
bliver vægten også lagt på et leje som er koblet til en pind
som sidder i sammen med tandstangen. Tandstangen holdes
af de 2 tandhjul som skal være svejset fast til stellet af
bordet. (Bordet kan ikke ses på denne tegning)
Figur 2 - Løsning 1
Figur 3 - Løsning 2 vippedel
Figur 4 - Løsning 3 vippedel
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 8 af 94
Vi kan ikke se nogle umiddelbare ulemper ved denne løsning.
Valg af løsning Vi har valgt vores tredje løsningsforslag, da denne løsning bedst lever op til vores krav omkring vinkling og
holdbarhed. Den er simpel, fylder ikke særlig meget og er en stabil løsning.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 9 af 94
Løsningsforslag løftedel
Løsningsforslag 1
Denne løsning består af en stepmotor med et tandhjul monteret,
som er boltet på stellet. På den bevægelige del, som køre op og
ned, sidder der en tandstang, som stepmotoren skubber op og ned.
Løsningen er god, fordi den er meget simpel, og lige til. Ulempen
er, at det kræver en rigtig stærk motor, som skal have en integreret
låsefunktion, så bordets højde kan holdes.
Løsningsforslag 2
I dette løsningsforslag er der brugt en trapezspindel. En
trapezmøtrik med gevind er monteret på trapezspindlen som ved
rotation vil flytte trapezmøtrikken enten opad eller nedad.
Trapezmøtrikken bliver holdt fast fra begge sider af de to søjler
som er sat sammen med et stykke metal hvori der er monteret en
trapezmøtrik med gevind, som er sat ned over en trapezspindel
monteret på en stepmotor.
På den måde undgår vi at bordpladen kan tvinges op eller ned af
andre krafter end selve stepmotoren. Løsningen er mere
kompliceret end løsning to, og kører en del langsommere. Den vil
desuden være sværere at skille ad og reparere. Dog kræver
løsningen en langt mindre kraftig stepmotor, og pga. spindlen har
den sin egen låsefunktion som sørger for at den ikke vil synke ved
vægt oppefra.
Løsningsvalg Vores endelige valg blev løsningsforslag 2 med spindlen, simpelthen
fordi det er vigtigt at bordet har en låsefunktion og fordi det vigtigt
at bordet ikke synker med vægt på. Spindelen sikrer også en mere
jævn overførsel af kraften der løfter bordet.
Figur 5 - løsning 1 løftedel
Figur 6 - løsning 2 løftedel
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 10 af 94
System fokus / specificering af produkt
Løftedelen Denne del af bordet skal fremstilles af stål, mens den bevægelige del, skal fremstilles i aluminium. Dette gør
at den bevægelige del bliver væsentlig lettere for stepmotoren at løfte, og gnidningsmodstanden
formindskes også en smule.
For at der ikke er tryk ned på stepmotoren, så monteres der en “holder” til spindlen.
.
Aluminium
Spindel
Aksialleje
Stepmotor
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 11 af 94
Vinkeldelen Denne del fremstilles også i aluminium, da det gør
konstruktionen lettere. Derudover skal der monteres en
skinne til tandstangen, som drives af stepmotoren, så
den ikke bliver ustabil i vinklingen
Til højre ses en skitse af den endelige løsning.
Kravspecifikation
Hårde
Produktet skal kunne hæve sig 20 cm.
Bordpladen skal kunne vippe 20 grader.
Når borpladen er vippet, så skal den kunne
holde 50 kg.
Bordet skal kunne løfte 20 kg.
Når bordet er løftet til maks, skal den kunne
holde til 100 kg.
Bløde
Produktet skal være stabilt.
Man skal kunne have sin egen brugerprofil, så bordet kan indstille sig til brugeren.
Ingen skarpe kanter.
Delkonklusion Fremadrettet vil der blive arbejdet med at udvikle og fremstille et forbedret hæve sænkebord. Der er opsat
nogle gennemgående krav, som skal overholdes, hvis produktet skal virke optimalt.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 12 af 94
Konkurrentanalyse Som lille virksomhed i den store verden får vi en del
konkurrenter, og kender vi dem kan vi klare os ganske godt. Af
den årsag laver man en konkurrentanalyse, som vi har sat
sammen ud fra en række punkter sat af virk.dk, en offentlig
hjemmeside hvis formål er at hjælpe små virksomheder i
opstartsfasen1.
En lang række virksomheder sælger hæve sænkeborde. Nogle er store
og specialiserede (som ConSet A/S), mens langt de fleste er
møbelgrossister med en effektiv underafdeling (såsom Holmis A/S).
Dette skyldes at markedet er spredt, specielt på grund af finanskrisen.
At sælge udelukkende kontormøbler er ikke så god en forreting som
det har været. Der er dog et par store leverandører, som ConSet
A/S, som har en underafdeling i USA2, og Dencon A/S. Sidstnævnte
anses som favorit til store statsaftaler på kontormøbler3.
De fleste konkurrenter tilbyder stel, der kan hæves og sænkes sammen med frit valg af bordplade. ConSet
går skridtet videre, og tilbyder alverdens stel og bordplader, samt en lang række af tilbehør, såsom
kabelbakker, pennebakker og holderer til PCer.
Vi kan sælge et mere funktionelt produkt, og kan, hvis det her var mere end et skoleprojekt, opnå samme
mængde af tilbehør. Dog må vi nøjes med at lave et mere funktionelt bord.
Konkurrende virksomheder sælger borde til alt mellem 2500 og 21000. Holmis har borde i alle prisklasser,
mens ConSet holder sig mellen 3000 og 8000 kr.
Disse priser skyldes, at alle konkurrenter primært henvender sig til virksomheder, og rigtig sjældent til
privatpersoner. Vi henvender os til samme målgruppe, og det kommer til at kræve noget kraftig
markedsføring, da konkurrenterne har en solid fod på markedet, hvis vi skulle være selvstændige. Vi satser
dog på at samarbejde med ConSet, så markedsføringen er klaret derigennem.
For at virke tiltalende, har alle vores konkurrenter et rigtig bredt udvalg i både stel, bordplader og tilbehør.
Deres eneste problem er at deres udvalg er ensformigt. De eneste ting man kan bestemme er farve og
materiale, samt lidt til- eller fravalg af tilbehør. Desuden har få af dem, eksempelvis Holmis A/S nogle borde
der er helt utrolig dyre, godt oppe i den høje ende af priserne beskrevet tidligere.
Langt de fleste af vores konkurrenter er veletablerede på markedet, og de markedsandele vil de gerne
beholde. Vores opgave bliver at tage nogle af deres markedsandele, hvilket vi gør med et nyt og anderledes
produkt.
Da vores konkurrenters målgruppe er virksomheder, ser vi dem ikke i reklamer eller lignende. Vi ser dem til
gengæld på internettet, og derfra kan man downloade brochurer. De er også at finde på relevante messer.
Vores konkurrenter varierer i størrelse. Holmis A/S har omkring 50 ansatte4, som sælger deres produkter og
samler dem på en fabrik. ConSet A/S er en international med over 1700 ansatte i Danmark, og endnu flere i
1 (VIRK 2014) 2 (LinkedIn u.d.) 3 (Møbler u.d.)
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 13 af 94
resten af verden5. Det indikerer at vi som virksomhed kommer op mod nogle ret voldsomme konkurrenter,
og at det bliver en udfordring at få et ben til jorden på markedet.
Grundet førnvænte størrelse vil vi ikke udgøre en reel trussel for vores konkurrenter før vi er veletablerede.
Konkurrenter har deres sortiment og markedsføring solidt plantet, og hvis de ikke ser os som ukrudt er vi i
hvert fald blot en ubetydelig lille plante, lige indtil en eventuel stor succes.
Trods dette, er der en mulighed for at samarbejde med de to eksempler eller andre firmaer i sammme
branche. Eksemplerne virker til at føre en forholdsvis tilbagelænet markedsføring med et smil på læben, og
et roligt forhold til konkurrenter. Med dette i baghovedet kunne et samarbejde sagtens lade sig gøre, eller
et eventuelt opkøb er også en mulighed.
ConSet A/S (os) Holmris A/S Dencon A/S
Frit valg af bordstel Nej Nej Nej
Frit valg af bordplade Nej Nej Nej
Bordet kan mere end at hæve og sænke
Ja Nej Nej
Sælger tilbehør Ja Nej Ja
Har adgang til stor fabrik
Ja Ja Ja
I ovenstående skema ses hvilke egenskaber vi ville bringe til ConSet, og hvordan det vil stille firmaet over
for dets konkurrenter. Man kan se, at ConSet ville være i en bedre position overfor Dencon A/S, og taget et
endnu længere spring foran Holmris A/S.
4 (Holmris u.d.) 5 (Companies u.d.)
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 14 af 94
Figur 7. De sorte streger er synlige på produktet, men de røde vise hvordan det ser ud inden i. De blå er motorer, mens de grønne skildrer aksiallejet.
Produktbeskrivelse Produktet består af to dele: En del der hæver
og sænker, og en del der vipper. Delen der
hæver og sænker består af fire ben. Den
nederste del består af C-profiler svejset på en
jernplade, der udgøre foden. På denne
jernplade er stepmotoren, der løfter
bordpladen, monteret. Den øverste del består
af jernstænger, der passer ned i C-profilerne.
Disse jernstænger hviler på et cylinder, hvori
der sidder en trapezmøtrik i midten, som med
trapezspindel og stepmotorens hjælp udgør
den mekaniske del af hæve sænke funktionen.
Disse jernstænger er svejset sammen med
rammen til bordpladen. Denne ramme passer
ned i to indhug skåret i de øverste dele af
benene. På denne rammer er der monteret to
hængsler, som holder bordpladen på plads og
sørger for at de kan vippe.
Den anden del er vippefunktionen. Denne del
består af to skinner sat fast i en 20 graders
vinkel på de øverste dele af benene. I denne
skinne er en tandstang, hvorpå der er
monteret en nylonklods der holder armen, der
i sidste ende vipper bordpladen. På den anden side af skinnen er der monteret en stepmotor, som med et
tandhjul skubber tandstangen fremad, og dermed vipper bordpladen. Armen er monteret på bordpladen
ved hjælp af to beslag.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 15 af 94
Dimensionering af produkt Ved at dimensionere produktet før det fremstilles, kan fejl og mangler forudsiges. Man kan også
overdimensionere produktet, så det bliver super stærkt. Man dimensionere i forhold til kravene.
Dette produkt dimensioneres således, at det kan holde til nogle kilo, og samtidigt er funktionelt.
Mål på produktet For at produktet kan udføre formålet, så har vi dimensioneret den, så dette bliver nemmest muligt.
Bordpladen:
Bordpladen skal stikke lidt ud over bordstellet, så det får målene
1100*600*10 mm.
Den skal kunne vinkles til
20 grader.
Bordstel:
Stellet som bordpladen skal ligge på, og som skal forbindes med borbenene får målene:
1000*500 mm
Bordbenene:
Længden på bordbenene:
700 mm.
Den totale afstand mellem benene:
1000*300 mm.
Dette fordi at bordpladen skal stikke ud over.
Længden på underpladen:
500 mm
Bordet skal kunne hæve sig
200 mm.
Spindel:
Spindlen er 575 mm og ø11.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 16 af 94
Materialevalg Når materialer testes på styrken, foretages der
en trækprøve, som i sin simpelhed går ud på,
at der trækkes i materialet. Se figur 8.
Ad y aksen ses spændingen, betegnes sigma,
som måles i N/mm2 og ad x-aksen ses den
relative forlængelse med betegnelsen epsilon,
som måles i L/L
Den blå linje A er
proportionalitetsspændingen, som har en
lineær stigning indtil punkt B, hvor
flydespændingen forefindes. Derefter ses den
røde del, C, som er trækstyrken, og denne del
er ved en belastning, hvor stålet ikke kan klare
mere.
Størstedelen af dette projekts produkt
fremstilles af stål 37, som er et solidt og stærkt
materiale. Navnet stål 37 betyder, at den type
stål som der er valgt, har en brudspændingen
på 370 N/mm2.
Produktet skal derfor dimensioneres så det maksimalt påvirkes af en kraft på 210.000 MPa. Overstiges
dette, vil produktet briste. Ulempen ved at benytte stål, er vægten, da den har en høj densitet, og nedenfor
regnes der på kræfterne som påvirker konstruktionen.
Deformationshærde
Kraftpåvirkning På figur 9 ses en skitse af produktet, hvor
normalkraften opad, og tyngdekraften nedad er
indtegnet. Der vil også være en gnidningsmodstand
hvor spinnelen går gennem løftedelen, men denne
udelades.
For at finde kraften ned, skal vægten for den
bevægelige del findes. I afsnittet for produktudvikling,
beskrives der, at den bevægelige del fremstilles af
stål, i stedet for aluminium og begrundelse af vores
valg.
Massen for den bevægelige del er:
𝑚 ≔ 20.500 𝑘𝑔6
6 Estimeret vægt
Figur 8 Diagram over trækspænding
Figur 9 - Skitse at produkt med indtegnede kræfter
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 17 af 94
Tyngdekraften kan regnes ved, at gange massen med tyngdeaccelerationen, g:
𝐹𝑡 ≔ 20.500 𝑘𝑔 ∗ 9.82𝑚
𝑠2= 201.31 𝑁
Det er den samlede tyngdekraft, så det vil altså sige, at der er en påvirkning i hver side, på halvdelen af
denne af tyngdekraften, altså:
100.655 𝑁
Når der er nedadgående kræfter, så vil der også være opadgående. Her kommer normalkraften i spil, som
kan siges at være:
𝐹𝑛 ≔ 𝐹𝑡 = 201.31 𝑁
Altså den samme som tyngdekraften.
Nu hvor de nedadgående kræfter kendes, så kan der regnes på lejelevetiden. Produktet indeholder nemlig
aksiallejer, som skal tage presset fra den bevægelige del, fremfor at den hviler på stepmotoren.
Aksiallejeberegning For at tage presset fra den bevægelige del, for stepmotoren, anvendes der 2
aksiallejer i hver side. Lejet ses på figur 107
Det er relevant, at kende levetiden for disse, da de skal udskiftes inden de går
helt i stykker. Hvis de ikke bliver det, kan stepmotoren risikere at ødelægges.
Ovenikøbet er det vigtigt at kende levetiden for at kunne sige, om der skal
benyttes stærkere lejer i forhold til presset ned på.
Aksiallejerne, som benyttes i produktet, har serienummeret 51104, og på
figur 108 ses produktdataene.
7 (TradeBearings 2010) 8 (Medias u.d.)
Figur 10 Aksialleje
Figur 11 Aksialleje 51104 produktdata
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 18 af 94
For at regne levetiden, skal den maksimale vægt, som bordet kan udsættes for på én af siderne regnes. Her
er det ikke nok med massen for overdelen. Derfor summere vi også med kravet om at bære 50kg, og vi
antager, at en mand læner sig op ad bordet, med en vægt på 40 kg. Den totale vægt bliver så:
𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ≔ 20.500𝑘𝑔 + 50𝑘𝑔 + 40𝑘𝑔 = 110.5𝑘𝑔
Tyngdekraften bliver så:
𝐹𝑡 ≔ 110.5𝑘𝑔 ∗ 9.82𝑚
𝑠2= 1085.11 𝑁
Nu skal den ækvivalente lejebelastning findes. Dette gøres ved at gange y-faktoren på den egentlige
belastning. Y-faktoren er en faktor er den eneste kraft som ganges på, da der kun er en aksial kraft. Den
findes her:
𝑃 ≔ 1 ∗ 1085.11 𝑁 = 1085.11 𝑁
Det er altså den samme kraft.
Ved at dele det dynamiske bæretal for lejet, med den ækvivalente belastning, så kan levetidsfaktoren
findes. Det dynamiske bæretal kan aflæses på figur 119
𝐶𝑎
𝑃=
15000𝑁
1085.11 𝑁= 13.82
Så mangler omdrejningstallet bare. Stepmotoren drejer med en omløbstid på 1,1 sekunder10, og derfor kan
omdrejningstallet nu findes:
1.1 𝑠 ∗ 60 = 66𝑜𝑚𝑑
𝑚𝑖𝑛
Levetiden for aksiallejerne kan nu findes,
ved at aflæse på figur 1211.
Den aflæste levetid bliver 200.000 timer,
hvilket svare til omkring 22 år, med
konstant drift.
Dette er dog kun ved en levetidsfaktor
på 10.6, hvor levetidsfaktoren for
lejerne er på 13.82. derudover er
omdrejningstallet mindre end 100, og
derfor vil levetiden være længere.
Dette er en rigtig lang levetid, og med
den beregnede belastning, så kan den
stort set holde for evigt. Det er i hvert
fald ikke lejerne, som sætter sig først.
9 Lejer del 2 - materialesamling 10 Anslået fra el-værkstedet 11 Materialesamling
Figur 12 - Levetidstabel for lejer
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 19 af 94
Den teoretiske løftekraft for stepmotorerne Da produktets estimerede vægt er forholdsvis tung, så vil vi nu se på den teoretiske løftekraft, som
stepmotoren kan yde. Det er meget vigtig, at motoren kan løfte nok, da vores produkt ellers ikke kan løfte
sig.
De 2 stepmotorer, som bruges til at løfte
den bevægelige borddel, er en størrelse
34 stepmotor serienummer 0430. På
figur 1312 ses specifikationerne for
motoren.
Når løftekraften for spindlen skal regnes,
så skal vinkelhastigheden for
stepmotoren først findes. Dette med
denne formel:
𝜔: 𝑣𝑖𝑛𝑘𝑒𝑙ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑑 =2 ∗ 𝜋
𝑇13
T er omløbstiden, altså tiden for én
runde. Fra tidligere ved vi, at den ca. er
1.1 sekunder. Vinkelhastigheden bliver:
𝜔 ≔2 ∗ 𝜋
1.1 𝑠= 5.66 𝑠−1
Så skal effekten for motoren beregnes:
𝑃: 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 = 𝑈 ∗ 𝐼
Ud fra figur 13 kan spændingen og
strømstyrken aflæses. Maks spændingen
er 90 volt, men da vores produkt bruger 5 volt af sikkerhedsmæssige årsager, regnes der ud fra det.
Effekten findes nu:
𝑃 ≔ 5 𝑉 ∗ 4.3 𝐴 = 21.5 𝑊
Endeligt kan momentet for stepmotoren findes ved, at isolere M i denne formel:
𝑃 = 𝑀 ∗ 𝜔 → 𝑀 =𝑃
𝜔
𝑀 ≔21.5 𝑊
5.66 𝑠−1= 3.8 𝑁 ∗ 𝑚
Momentet skal senere bruges til, at finde løftekraften.
12 (Metek 2012) 13 (Birgitte Merci Lund 2009)
Figur 13 Tabel over specifikationer for stepmotor 34
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 20 af 94
For at finde frem til den endelige formel for løftekraften, bruges denne udledning:
𝐸𝑝𝑜𝑡 = 𝐸𝑎𝑟𝑏
Den potentielle energi er lig energien ved arbejde. Dette kan omskrives til den endelige formel:
𝐸𝑝𝑜𝑡 = 𝐸𝑎𝑟𝑏
𝑚 ∗ 𝑔 ∗ ℎ = 𝐹 ∗ 𝑠
𝐹𝑙ø𝑓𝑡 ∗ 𝑝 = 𝐹𝑠𝑘𝑢𝑏 ∗ 2 ∗ 𝑅
𝐹𝑙ø𝑓𝑡 ∗ 𝑝 = 𝑀 ∗ 2 ∗ 𝜋
𝐹𝑙ø𝑓𝑡 =𝑀 ∗ 2 ∗ 𝜋
𝑝
Da der også er gnidning mellem spindlen og metallet ganges my faktoren 0.6 på:
𝐹𝑙ø𝑓𝑡 =𝑀 ∗ 2 ∗ 𝜋 ∗ 0.6
𝑝
Alle værdierne kendes, undtagen p, som er afstanden mellem gevindet på spindlen, altså 3 mm.
Løftekraften kan nu findes.
𝐹𝑙ø𝑓𝑡 =3.8 𝑁 ∗ 𝑚 ∗ 2 ∗ 𝜋 ∗ 0.6
3 𝑚𝑚= 4.773 𝑘𝑁
Ved at dele dette med tyngdeaccelerationen, findes hvor mange kilo der løftes:
𝐹𝑙ø𝑓𝑡
9.82𝑚𝑠2
= 486 𝑘𝑔.
Konstruktionen burde altså kunne løfte rigtig mange kilo. Der kan dog være flere faktorer, som gør at den
ikke opnår den ønskede løftekraft. Der testes senere, hvorvidt kravene om at løfte 20 kilo opfyldes.
Dimensionering af svejsninger Man dimensionere svejsninger, da de er en vigtig del, som holder konstruktionen sammen. Først skal
begrebet sømfaktor redegøres. Denne skal nemlig
bruges for at opnå den fornødne sikkerhed.
På figur 1414, ses sømfaktorerne, når der regnes med
henholdsvis stump- og kantsøm svejsninger. Her
forholder vi os til C klassen.
Den maksimale belastning, som stålet må udsættes for,
før det ændres i strukturen, er på 175 N/mm^2. Dette
fordi at flydespændingen er på 210 N/mm^2.
14 Svejse beregninger - materialesamling
Figur 14 - Sømfaktor
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 21 af 94
Trækspændingen kan regnes med denne formel:
𝜎 = 𝐶 ∗𝐹
𝐴≤ 175
𝑁
𝑚𝑚2
Hvor
𝐶: 𝑠ø𝑚𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟𝑒𝑛
𝐹: 𝑘𝑟𝑎𝑓𝑡𝑒𝑛 𝑠𝑜𝑚 𝑝å𝑣𝑖𝑟𝑘𝑒𝑟 𝑠𝑣𝑒𝑗𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛
𝐴: 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙𝑒𝑡 𝑎𝑓 𝑠𝑣𝑒𝑗𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔 = 2 ∗ 𝑎 ∗ 𝐿
𝑎: 𝑡𝑦𝑘𝑘𝑒𝑙𝑠𝑒 𝑝å 𝑠𝑣𝑒𝑗𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔
𝐿: 𝑙æ𝑛𝑔𝑑𝑒 𝑝å 𝑠𝑣𝑒𝑗𝑠𝑛𝑖𝑛𝑔
Vi regner nu på svejsningerne ved holderen til stepmotoren, hvor pladen, som stepmotoren hænger i, er
svejset fast på 2 frikantet profiler.
Den bevægelige del vejer omkring 20.5 kg, og dette giver en tyngdekraft påvirkning på 201 N.
Længden på svejsningerne sættes her til 100 mm, og tykkelsen på 2 mm, det de skal være forholdsvis
kraftige. Her svejses der kantsøm ved tryk.
𝜎 ≔ 1.4 ∗201 𝑁
400 𝑚𝑚2= 0.7
𝑁
𝑚𝑚2
Dette er meget under den maksimale belastning, og der er derfor ingen problemer her.
Der regnes nu på svejsningerne på bordplade stellet, hvor der både er kant- og stumpsøm svejsninger. Her
er længden 15 mm og tykkelsen sættes her også til 2. Kraftpåvirkningen sættes til 20 kg, fra kravene, plus 5
kg, fra bordpladen. Det bliver 245.166 N.
𝜎 ≔ 1.4 ∗245.166 𝑁
60 𝑚𝑚2+ 1.0 ∗
245.166 𝑁
60 𝑚𝑚2= 9.8
𝑁
𝑚𝑚2
Denne svejsespændingen er lidt højere end de andre, men der er også en større kraftpåvirkning, og arealet
af svejsningen er væsentlig mindre. Den ligger dog stadig langt under maksimum belastningen, så det er
helt fint.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 22 af 94
Tværkraftkurve For at finde ud af, om bordstellet vil kunne leve op til kravene, at bære 50 kg, så går vi nu ud fra, at bordet
belastes på én af de lange sider, i midtpunktet med 50 kg, da dette er punktet med
Figur 15 Illustration af kræfter over bord
For bedre at illustrere disse kræfter, kan der fremstilles en tværkraftkurve over kraften i sammenhæng med
længden. Se figur 16. – Herunder vises diagrammet som viser at kræfterne tilsammen går i 0.
Figur 16 Tværkraftkurve15
15 Bilag xx
F = 491 N
Fb = 245.5 N Fa = 245.5 N
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 23 af 94
Momentkurve Sammenhængen mellem længden og moment over borstellets ene side, kan vises ved, at fremstille en
momentkurve. Momenterne i 0, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 og 1000 mm regnes:
𝑀0 ≔ 𝐹𝑎 ∗ 0𝑚𝑚 = 0 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀100 ≔ 𝐹𝑎 ∗ 100𝑚𝑚 = 24.55 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀200 ≔ 49.1 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀300 ≔ 73.65 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀400 ≔ 98.2 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀500 ≔ 122.75 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀600 ≔ 𝐹𝑎 ∗ 600𝑚𝑚 − 𝐹 ∗ 100𝑚𝑚 = 98.2 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀700 ≔ 73.65 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀800 ≔ 49.1 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀900 ≔ 24.55 𝑁 ∗ 𝑚
𝑀1000 ≔ 0 𝑁 ∗ 𝑚
Disse værdier kan også ses nedenfor på figur 17.
Figur 17 Momentkurve16
Maks momentet kan aflæses til 122.75 N*m. Det kan dog også regnes med denne formel:
𝑀𝑚𝑎𝑥 =1
4∗ 𝐹 ∗ 𝑙 =
1
4∗ 461𝑁 ∗ 1000𝑚𝑚 = 122.75 𝑁 ∗ 𝑚
16 Bilag 8.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 24 af 94
Nedbøjning over bordstellet Det er også væsentligt at regne på nedbøjningen over bordstellet, da det helst ikke skulle bøje for meget.
Nedbøjningen kan udlignes matematisk ved hjælp af differentiel og integralregning.
𝑦′′′: 𝑘𝑟𝑢𝑛𝑚𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛𝑠 ℎæ𝑙𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔
𝑦′′: 𝑘𝑟𝑢𝑚𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛
𝑦′: ℎæ𝑙𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔𝑒𝑛
𝑦: 𝑛𝑒𝑑𝑏ø𝑗𝑛𝑖𝑛𝑔
For en simpelt understøttet bjælke, som vores side af stellet, kan krumningens hældning differentieres til at
være:
𝑦′′′(𝑥) ≔𝐹
2 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼
Denne integreres flere gange for at finde den endelige formel. Ved første integrering findes krumningen:
𝑦′′ ≔ ∫𝐹
2 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼→
𝐹 ∗ 𝑥
2 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼+ 𝑘
Krumningen vil være 0 i punkt x = 0 og x = l (den totale længde). Derfor kan konstanten, k, sættes til 0:
0 =𝐹 ∗ 0
2 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼+ 𝑘 → 0 = 𝑘
Ligningen kan igen opstilles uden k:
𝑦′′ ≔𝐹 ∗ 𝑥
2 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼
Denne integreres igen, og af den vil hældningen fremkomme:
𝑦′ ≔ ∫𝐹 ∗ 𝑥
2 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼→
𝐹 ∗ 𝑥2
4 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼+ 𝑘
Igen kommer der en konstant på. Vi ved at når hældningen er 0, er nedbøjningen er størst, altså hvor 𝑥 =𝐿
2
𝑦′ (𝐿
2) ≔
𝐹 ∗ (𝐿2)
2
4 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼+ 𝑘 = 0
K isoleres
𝐹 ∗ (𝐿2
)2
4 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼+ 𝑘 → 𝑘 ≔ −
𝐹 ∗ 𝐿2
16 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼
Ligningen kan nu omskrives til at se sådan ud:
𝑦′(𝑥) ≔𝐹 ∗ 𝑥2
4 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼−
𝐹 ∗ 𝐿2
16 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼
Ved at integrere ligningen igen, vil ligningen for nedbøjningen fremstå:
𝑦(𝑥) ≔ ∫𝐹 ∗ 𝑥2
4 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼−
𝐹 ∗ 𝐿2
16 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼→
𝐹 ∗ 𝑥3
12 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼−
𝐹 ∗ 𝐿2 ∗ 𝑥
16 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼+ 𝑘
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 25 af 94
Igen kommer der en konstant på, og for at finde den, indsætter vi punktet (0,0), hvor f(x) = 0.
0 =𝐹 ∗ 03
12. 𝐸 ∗ 𝐼−
𝐹 ∗ 𝐿2 ∗ 0
16 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼+ 𝑘 → 0 = 𝑘
Konstanten er 0, og ligningen kan omskrives til:
𝑓(𝑥) ≔𝐹 ∗ 𝑥3
12 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼−
𝐹 ∗ 𝐿2 ∗ 𝑥
16 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼
Dette er den endelige udligning af formlen for nedbøjningen. Vi ønsker at kende den maksimale nedbøjning
over siden på bordstellet.
Nedbøjningen er størst hvor f(x) = 0, og dette sker når x= den halve længde. Den kan skrives sådan:
𝑓 (𝐿
2) ≔
𝐹 ∗ (𝐿2
)3
12 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼−
𝐹 ∗ 𝐿2 ∗𝐿2
16 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼→ 𝑓 (
𝐿
2) ≔ −
𝐹 ∗ 𝐿3
48 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼
Formlen for den maksimale nedbøjning er altså:
𝑢𝑚𝑎𝑥 = −𝐹 ∗ 𝐿3
48 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼
Hvor
𝐸: 𝑠𝑡å𝑙𝑠 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑡𝑒𝑡𝑠𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙 = 210000𝑁
𝑚𝑚217
Kraften, F, og længden, L, kendes fra tidligere, og så mangles der bare inertimomentet for det firkantet rør.
Det kan findes ved at sige:
𝐼 ≔1
12∗ 𝑏 ∗ ℎ2 =
1
12∗ 15 𝑚𝑚 ∗ 15 𝑚𝑚3 = (1.875 ∗ 10−11) 𝑚𝑚4
Der regnes nu på den maksimale nedbøjningen over den ene side af bordstellet, ved en belastning på 50 kg.
𝑢𝑚𝑎𝑥 =𝐹 ∗ 1000 𝑚𝑚3
48 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼= 0.0026 𝑚𝑚
Dette er en rigtig lille nedbøjning, men da længden kun er en meter, og stellet er forholdsvis tyk, så passer
resultatet meget godt.
17 (Danske u.d.)
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 26 af 94
Bøjningsspænding Når der sker en vægt belastning på stellet,
og det bøjer en smule, så vil der opstå en
bøjningsspænding. Denne spænding må
ikke overstige 175 N/mm^2, for at undgå
deformation
Bøjningspænding er den spænding, som
skabes under tryk, når en side
sammentrækkes, og den modstående
forlænges. Se figur 18.
Bøjningsspændingen kan regnes ved, at
dele momenet med modstandsmomentet :
𝜎 =𝑀
𝑊
Modstandsmomentet kan findes ved at sige:
𝑊 =1
6∗ 𝑏 ∗ ℎ2
Her skal det hule indenvendige modstandsmoment dog trækkes fra i formlen, og set kommer til at blive
således:
𝑊 ≔1
6∗ 15𝑚𝑚 ∗ 15𝑚𝑚2 −
1
6∗ 12𝑚𝑚 ∗ 12𝑚𝑚2 = 13.5 𝑚𝑚3
Bøjningsspændingen kan nu findes.
𝜎 =122.75 𝑁 ∗ 𝑚
13.5 𝑚𝑚3= 9.1
𝑁
𝑚𝑚2
I forhold til de 175 N/mm^2, så ligger belastningen på 50 kg. væsentlig under. Dette bytyder, at borestellet
er holdbart, og sagtens kan overstige 50 kg, som var minimum.
Figur 18 Eksempel på bøjningsspænding
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 27 af 94
Bearbejdning Får værkstedsarbejdet indledes, er det vigtigt, at der er kendskab til maskinbruget, for at de benyttes
rigtigt. Der skal være kendskab til håndtering af materialer, og ved vores produkt, vil vi gerne kende
borehastighederne, drejehastighederne og svejsespændingerne.
Borehastighed På produktet skal der bores flere huller, i mange forskellige størrelser. Vi vil her se på borehastigheder for
Ø4 - bores i bordpladen, Ø13 - i cylinder røret til løft af den bevægelige del og Ø20 - ved skinnen til
tandstangen.
Borehastigheden kan regnes med denne formel:
𝑛 =𝑣 ∗ 1000
𝜋 ∗ 𝑑
Hvor
𝑣 ≔ 𝑠𝑘æ𝑟𝑒ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑑 = 20𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟
𝑚𝑖𝑛18
𝑑 ≔ 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑝å 𝑏𝑜𝑟𝑒𝑡
Borehastighed for 4 mm. i diameter:
𝑛 =20
𝑚𝑚𝑖𝑛 ∗ 1000
𝜋 ∗ 4 𝑚𝑚= 1591.5
𝑜𝑚𝑑
𝑚𝑖𝑛
Borehastighed for 13 mm. i diameter:
𝑛 =20
𝑚𝑚𝑖𝑛 ∗ 1000
𝜋 ∗ 13 𝑚𝑚= 489.7
𝑜𝑚𝑑
𝑚𝑖𝑛
Borehastighed for 20 mm. i diameter:
𝑛 =20
𝑚𝑚𝑖𝑛 ∗ 1000
𝜋 ∗ 20 𝑚𝑚= 318.3
𝑜𝑚𝑑
𝑚𝑖𝑛
Borehastigheden bliver altså mindre i takt med, at diameteren stiger.
18 Fra værkstedstavle - bilag xx
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 28 af 94
Drejehastighed Fremgangsmåden med drejehastigheden i drejebænken er den samme som ved udregning af
borehastigheden. Dog er skærehastigheden her på 110 meter i minuttet.
For at fremstille produktet, så skal der kun drejes ved cylinderrøret, som går mellem de to bordben, og skal
holde den bevægelige del.
Her er diameteren 30 mm. Drejehastigheden bliver:
𝑛 =110
𝑚𝑚𝑖𝑛 ∗ 1000
𝜋 ∗ 30 𝑚𝑚= 1167.1
𝑜𝑚𝑑
𝑚𝑖𝑛
Fræserhastighed Ved fremstilling af cylinderrøret, som holder den bevægelige del, skal der fræses et hul til trapezmøtrikken.
Hullet har en diameter på 20 mm. ca. 2 cm. Ned. Det er den samme formel, som der bruges ved
drejehastighed, og skærehastigheden er den samme. Fræsehastighede regnes:
𝑛 ≔110
𝑚𝑚𝑖𝑛 ∗ 1000
𝜋 ∗ 20𝑚𝑚= 1750.7
𝑜𝑚𝑑
𝑚𝑖𝑛
Trapezmøtrikken skal også fræses så den passede ned i cylinderen. Dette svare til ca. 1 cm nede, og en
diameter på 10mm. Fræserhastigheden regnes:
𝑛 ≔110
𝑚𝑚𝑖𝑛 ∗ 1000
𝜋 ∗ 10 𝑚𝑚= 3501.4
𝑜𝑚𝑑
𝑚𝑖𝑛
Disse 2 hastigheder er bare eksempler på fræsning. Der bil også blive fræset i
nylon, som er et meget blødt materiale i forhold til stål, og derfor skal der ved
fræsning af det, generelt være en større hastighed.
Gevind Flere steder skal der drejes gevind i metallet. Når der bores gevind, så benyttes
der en gevindtap, som drejes ned i et, i forvejen, boret hul. Det er vigtigt at
holde gevindtappen lige på, så gevindet i hullet bliver lige.
På produktet skal der drejes gevind i anordningerne, som sammenkobler
stepmotoren og spinnelen i hver side. Det skal være gevind, som kan holde til
lidt pres, da pinolskruerne, der skal skrues i, skal sidde stramt. Dette fordi, at
hvis de ikke sidder stramt, så vil stepmotoren bare dreje selv, og bordet vil ikke
hejses.
Vi ønsker gevind på 5 mm, og af figur 1919, fremstår det, at hullet som skal
bores, skal være 4.2 mm stort. Stigningen i mm. bliver 0.8 mm. og det endelige
hul bliver 5mm.
Dette skal gøres ved 4 huller.
Maskinværkstedet
19 Fra maskinværksted
Figur 19 Gevindskæring
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 29 af 94
Produktet skal fremstilles i maskinværkstedet. Dette er en større proces, og kræver god forberedelse.
Arbejdstegninger I Inventor er der tegnet arbejdstegninger over hver produktdel. Det gør, at arbejdsprocessen i værkstedet
kan tilgås let og præcist.
Underdelen Her ses underdelen bestående af de 2 bærende ben,
2 indvendige ben, stepmotor holder, en spindel, et
massivt rør, til trapezmøtrikken og en skinne til
tandstangen. Den fremstilles der 2 af.
Figur 20 Inventor tegning over underdelen.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 30 af 94
Overdelen
Figur 21 Overdelen af produktet
Her ses overdelen af produktet, som består af en bordplade. Under den er bordpladestellet, som kun sidder
fast i hængslerne.
Samlede produkt
Figur 22 Det samlede produkt
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 31 af 94
Materialeliste Nedenfor ses de materialer, som skal bruges i værkstedet, til fremstilling af produktet.
Trapezspindel med tilbehør 2x 590mm trapezspindler
2x trapezmøtrikker Ø=26mm
2x aksiallejer, Ø=24mm
2x jerncylindere med neddrejede spidser og hul i midten hvori trapezmøtrikken sidder, Ø=30mm
2x 5mm pinolskruer
Selve stellet 2x 10mm metalcylindere Ø=35mm
2x 500*10mm jernplader
4x 500mm hule jernstænger
2x 20mm hule jernstykker
4x 5mm skruer
4x 700mm C-profiler, 50*50*17mm
2x HN200 0430 stepmotorer
Vippe-funktionen 2x 3300*15*15mm tandstænger
2x 3600*110*2,5mm bøjede stykker jern
2x size 23 stepmotorer
2x tandhjul Ø=30mm
2x 42*28*14mm nylonklodser med en 15*15mm rille og en 15*5mm rille.
2x 57*57*1,5mm plader
2x 2300mm jernstænger afrundet i enderne
Bordpladen og rammen dertil 1x 1100*600*10mm bordplade af spånplade
2x hængsler med 4,5mm huller
2x 1000mm jernpinde
2x 470mm jernpinde
2x beslag
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 32 af 94
Anordningen der holder trapetzspindlen på plads 2x nylonstykker med Ø=19mm hul i, Ø=??mm
4x jernpinde med gevind i den ene side, Ø=??mm
4x 45*45*11mm jernstykker
2x kuglelejre, Ø=19mm
Flowdiagram for samling I maskinværkstedet blev selve bordet fremstillet. Det startede med udskæring af de mest basale dele, såsom bordben og plade. Derefter kom de mere avancerede dele, og til sidste blev det hele samlet.
Nogle gange gik konstruktionen hurtigere end andre, men det lykkedes at få bordet færdigt inden for tidsrammen.
Udskæring af basal dele
•Underplade, bordben, firkantede profiler
Sammensæting af basale dele
•Svejsning, skue
Fremstilling af mere
komplicerede dele
•Cylinder til spindel, trapezspinnel, skinne til tandstang
Sammensætning af komplicerede dele
•Skrue, svejse, sammenkoble
Endeligt produkt samles
•Bordplade og Stepmotor tilføjes og skruer sættes i.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 33 af 94
Værkstedsarbejde Bordet har fire ben placeret på to jernplader. Benene består af to C-profiler,
placeret på hver deres side af en size34 stepmotor. Stepmotoren holdes fast af
en plade placeret over motorens rotationspind. Der blev boret huller i pladen
over, og i jernstykkerne på hver side af stepmotoren, så de kan skrues sammen
og er nemmere at skille ad. Dette blev udført med et søjlebord. I den øverste
plade blev der boret fem huller, så stepmotoren kan skrues fast, og pinden på
stepmotoren kan forbindes med trapezspindlen. For at bordet skal kunne
hæves og sænkes, består benene af to dele: En ydre jernstang i form af en
firkantet C-profil og en indre jernstang, der kan bevæges op og ned. C-profilen
blev svejset fast med kantsøm svejsninger på jernpladen der udgør foden.
Oven på stepmotoren er der
placeret en trapezspindel som
sidder fast med en jerncylinder.
Denne trapezspindel går op
langs hele benet, og drejer rundt
for at tvinge den monterede
trapezmøtrik opad.
Trapezspindlen blev skåret på
båndsaven og fræset til i
fræseren.
Jerncylinderen blev skåret til i båndsaven, og i
jerncylinderne blev der boret fire huller i alt, igen ved hjælp af søjlebordet. Der blev boret fire huller i alt: Et
i hver ende, til stepmotoren og trapezspindlen, og to andre blev boret i siden og skåret gevind i med en
gevindtap, så en skrue kan holde stepmotor og trapezspindel på plads. Som nævnt i bearbejdningsdelen, så
skal man bore et mindre hul, og derefter skære den ønskede diameter med en gevindtap, når der skal laves
gevind. I vores tilfælde borede vi et 4,2mm stort hul og skar med en gevindtap til 5mm store skruer.
Trapezspindlerne er skåret til, så de er lige lange, og fræset ind med fræseren i den ene side, 20mm ind i
længden og en halv diameter, så skruen i jerncylinderen kan holde den bedre på plads. I den side af
jerncylinderen, som vender ned mod stepmotoren, er der drejet 7,5 mm ind og 8 mm ned. Over dette
stykke er der placeret et aksialleje, som sørger for at formindske friktionen når trapezspindlen drejer, se
figur 24
Det er vigtigt, at midterstykket, som
trapezmøtrikken er monteret i (den røde cirkel
set på figur 26), er stabilt. Derfor skal den laves
af stål, da det kan holde til mere end
aluminium.
Mellem de to C-profiler blev der placeret et jerncylinder, som er 30mm tyk. I denne cylinder er der fræset
et hul i midten, hvori trapezmøtrikken passer i. Enderne
af cylinderen er drejet ned på drejebænken, så de
passer ned i rillen i den firkantede C-profil, figur 27. Det
er også dette neddrejede stykke hvorpå det inderste af
Figur 26. En skitse af cylinderen, der løfter det inderste af bordbenene. I midten er der bordet et hul hvori trapezmøtrikken er monteret.
Figur 24 Afskåret cylinder, som forbinder stepmotor og spindel. Nederst ses aksiallejet.
Figur 23 En af de bevægelige ben, i C profilet
Bevægelig
C profil
Figur 27 Cylinder hvori der er monteret en trapezmøtrik
Figur 25 Nederste del af produkt - ben på jernplade.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 34 af 94
bordbenet hviler, og dermed skubber det opad når det er nødvendigt.
Desuden var det nødvendigt at fastgøre trapezmøtrikken. Til det formål blev der boret et 4,2mm stort hul i
den ene side på hver cylinder, og skåret gevind til 5mm store pinolskruer med en gevindtap, så
trapezmøtrikken ikke rykker sig.
Enden af jerncylinderne blev drejet 16mm ind, så cylinderen er 14mm på det tyndeste punkt. På den måde
passer cylinderne ned over i begge ender, og kan bruges nemt. Dette blev udført på en drejebænk.
Derefter blev rammen til bordpladen lavet. Den består af fire
jernstænger. To er 1000mm lange og de to
korte er 470mm lange, som blev svejset
sammen med både kantsøm og stumpsøm
svejsninger til et rektangel. På en af de
1000mm lange pinde blev der boret fire
4,5mm store huller hele vejen igennem. Heri
er et hængsel monteret med 4mm store
skruer. De blev spændt fast med passende
møtrikker.
Det næste var bordpladen. Den blev lavet ved at save en
spånplade (træspåner og lim presset sammen) til med en stiksav,
så den blev 1100*600mm. I spånpladen blev der boret tre huller
på 4mm i diameter med en håndboremaskine, så pladen kan
skrues på hængslerne monteret på rammen. I den modsatte ende
er der monteret to beslag. I disse skal armene, der løfter
bordpladen sidde fast. Hullerne og beslagene blev placeret som
det ses på fig. 28.
Efter begge bordben og rammen til bordpladen blev samlet, skulle de sættes sammen.
Bordpladens stel blev sat sammen, som en del af benene.
Dette blev opnået ved først at fræse 16mm ind i det inderste af bordbenene med
fræseren. Det passer med, at de firkantede rør der udgør rammen er 15mm tykke. I de
fræsede stykker blev der filet to hjørner med en almindelig fil. På den måde passede
rammen nedover. Se figur 30 og 31.
Til at vippe bordpladen, blev der monteret en skinne på de bevægelige ben.
I skinnen ligger der en tandstang, som er sat sammen med en metalstang,
som også er fastsat på bordpladen. Når stepmotoren bevæger tandstangen
fremad, skubbes armen frem, og den vipper dermed bordpladen op. Figur
33.
For at det kunne lade sig gøre, blev to jernplader bukket ved hjælp af en
pladebukker, så de dannede et greb. Stykket var 3600*104*2,5mm, hvilket i
bøjet tilstand passede med, at en 26mm bred nylonklods, som blev skåret
til passede i. Denne sammensatte tandstangen og metal stangen, der skal
løfte bordpladen.
Figur 31. Viser hvordan det øverste af bordbenene er tilpasset.
Figur 28 Bordplade, hvor der er boret huller til hængsler og beslag.
Figur 29 Drejning af cylinder
Figur 30. Et hjørne af rammen til bordpladen.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 35 af 94
I pladen er der også boret
et 20mm stort hul hvori
der sidder et tandhjul.
Dette tandhjul skal med
hjælp fra stepmotoren,
skubbe tandstangen
fremad, og dermed vippe
bordpladen.
Førnævnte nylonklods blev lavet ved, at fræse store
stykker af en nyloncylinder i fræseren, så den endte med at være en firkantet klods. Af denne klods blev en
15mm tyk skive skåret med båndsaven, og derefter skåret ud i 26mm brede stykker med en nedstryger.
Herefter blev der fræset et 15mm bredt stykke ind, igen i fræseren, i den ene ende hvor tandstangen skulle
monteres, og et 6mm bredt stykke i den ende. I siden af nylonklodsen blev der boret to huller med
søjleboret. I den anden ende hvor tandstangen skal sidde blev der boret huller med en millimeter på 5, og i
enden hvori armen skal sidde blev der boret huller på 4mm. Disse huller blev boret med forsigtighed ved et
søjlebord. Se figur 32.
Figur 32. Nylonklodsen mellem tandstangen og armen. De røde streger viser hvor vi filede klodsen til, så den passer ned i skinnen.
Figur 33 Skinne med tandstang, nylonklods, metalstang og stepmotor.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 36 af 94
Figur 36 Endelige produkt, hvor den er vippet.
Produktet Det færdige produkt i værkstedet endte med at blive færdig til tiden.
Figur 34 Endelige produkt, uden bordplade Figur 34 Endelige produkt samlet
Figur 35 Borplade vippet -endelige produkt, står uden delen, som holder spindlen i spænd.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 37 af 94
Vurdering af værkstedsarbejde Vi var godt forberedte til værkstedsarbejdet. Vi havde en god ide om hvordan vi ville fremstille vores
produkt, og en god fornemmelse af hvor meget tid det ville tage.
De første dele af produktet, som vi fremstillede var nemme at lave, og næsten lige så nemme at samle.
Generelt gik det hurtigt til at starte med. Benene stod hurtigt, og trapezspindlen var kort efter monteret.
Derefter tog farten et lille dyk nedad. Det tog lidt længere tid at lave jerncylinderen med trapezmøtrikken i
midten, og det stykke der skulle holde trapezspindlen på plads kunne også have taget kortere tid. I samme
periode fik vi dog skrevet en del på de rapportelementer der relaterede til maskinværkstedet, så tiden blev
ikke spildt.
Efter to ugers tid hvor rapportskrivning var i højsædet, begyndte det at gå hurtigere igen. Efter at
jerncylinderen med trapezmøtrikken i og konstruktionen der skulle holde trapezspindlen på plads var lavet
færdigt, blev komponenterne hurtigere færdig. Rammen til bordpladen og bordpladen blev næsten
færdiggjort på en dag, og bordets vippefunktion tog også kort tid at lave. Omkring her nåede vi til et punkt
hvor værkstedsarbejdet ikke længere var et tomandsarbejde. Det ene gruppemedlem færdiggjorde derfor
produktet, mens det andet fortsatte med at skrive materialeliste og værkstedsbeskrivelse.
Produktet blev lavet inden for den satte tidsramme, og gennem godt samarbejde opnåede produktet den
ønskede funktionalitet.
Delkonklusion Produktionen af produktet er gået stødt. Nogle gange gik det lidt langsommere end ventet, men vi
indhentede det, og stod med et færdigt produkt til tiden. Konstruktionen er blevet solid ok præcis, samtidig
med at den opfylder de krav vi har sat.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 38 af 94
Produktudvikling Det første design var ligetil. Stepmotoren er monteret under et stykke jern med et aksialleje over. I
jernstykket sidder der en trapezspindel, hvorpå der sidder en anden jerncylinder med en trapezmøtrik
indeni, som skubber det inderste af benene opad.
Dog blev designet ændret en smule i løbet af produktionen. Til at starte med var der frygt for at
trapezspindlen ville bøje for meget hvis den ikke blev holdt på plads. Det blev forsøgt løst på følgende
måde:
Øverst på C-profilerne er der placeret to pinde, der får ind mod en konstruktion i midten. Denne
konstruktion består af et plastikstykke med et kugleleje i midten. Dette er til for at holde trapezspindlen på
plads. Det store hul i midten, hvor kuglelejret sidder, blev lavet ved først at bore et lille hul på 10mm,
efterfulgt af et større hul på 14mm efterfulgt af et endnu større hul på 28mm. De sidste fire millimeter blev
drejet væk på drejebænken. Derefter skulle der bores et hul i hver side. Det blev gjort ved først at tegne en
streg henover midten af plastikstykket med en tusch. Derefter blev der målt fra stregen, ned ad siden og
tegnet en prik omkring midten. Efter det blev der boret et 6mm stort hul med fræseren, for at gøre det så
præcist som muligt, hvilket blev udvidet til de nødvendige 6,8mm med et søjlebord, hvor der blev boret
hele vejen igennem, hvilket resulterede i to huller lige overfor hinanden. Derefter blev der skåret gevind til
en 8mm stang i alle hullerne, og skåret gevind på fire 8mm tykke stænger. På to af dem blev der skåret
cirka 1mm ekstra gevind for at kunne holde kuglelejret på plads.
Der blev derefter skåret fire stykker af et firkantet rør med en indvendig diameter på 40mm. De blev skåret
10mm tykke. Derefter blev der boret huller og skåret gevind til 5mm pinolskruer, så stykkerne kan skrues
fast på toppen af benene, svejsede stykkerne og delene med gevind sammen, og satte dem fast. De kan
nemt tilpasses på grund af gevindet.
Efter test indså vi at anordningen desværre hæmmede bordets funktionalitet. Det skyldes upræcise
målinger da den blev konstrueret. De er fjernet i den endelige udgave.
Desuden var der frygt for at bordpladen ikke ville kunne vippe med ovenstående design. Derfor besluttede
vi os for at montere skinnen med en vinkel, så den ville køre skråt opad. På den måde ville den kunne løfte
bordpladen højere. Skinnen blev vippet til en vinkel på 20 grader.
Desuden blev to nylonklodser mere på 26*21*15mm skåret ud. Disse placeres i den modsatte ende af
tandstangen, og forhindre den i at falde ud. Denne nylonklods blev der fræset et 15*15mm indhug i, så
tandstangen kan køre under, På den måde undgår man at tandstangen kan køres for langt tilbage og
dermed sidde fast. Testresultater viste dog at disse klodser var unødvendige.
Rammen til bordpladen skulle være lavet i aluminium, fordi det generelt vejer mindre end stål. Dog var det
nødvendigt til at lave rammen i jern alligevel, da de eneste aluminiumsstykker til rådighed var rigtig store,
Figur 37. En skitse af konstruktionen der skulle holde trapezspindlen på plads. Den røde cirkel er hvor kuglelejret skal sidde.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 39 af 94
og tynde jernstænger ville veje mindre.
Desuden ville det være for dyrt og
besværligt tilpasse aluminiumsstykkerne.
Efter at benene var samlet, udviste de
ustabilitet. Derfor blev der svejset en
jernstang fast mellem dem med
klatsvejsninger, så de bliver holdt
sammen, og tager dermed noget af
belastningen fra rammen.
Da beslutningen om at lave rammen i jern
var taget, opstod et andet problem.
Jernstængerne var smallere end bordbenene. Derfor valgte vi, at skjule de smalle jernstænger nede i
benene ved at fræse en rille ned i benene og file dem til, så rillen blev firkantet. På den måde passede
rammen ned benene, så den er stabil.
Alt i alt, så var der flere småting, som der skulle laves om på i værkstedsprocessen, fordi vi indså, at den
valgte løsning ikke var solid.
Figur 38 Firkantet stålrør mellem ben.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 40 af 94
EL værksted
Specificerede krav
Hårde Bløde Skal kunne hæve og sænke bordet ved tryk af en knap
Et visuelt display der viser højde indstillingen på bordet
Bordpladen skal kunne vippes til en vinkel på 20 grader ved tryk på en knap
Gemte brugerprofiler, der gemmer højde indstillingerne
Stepmotoren skal være stærk nok til at løfte bordet med en vægt på 20 kg.
En knap der både sænker bordpladen og dens vinkel samtidigt.
Stoppe, når den når sit maksimum højdepunkt automatisk.
Systembeskrivelse Vores system er overordnet delt ind i 3 dele, styrePIC, slavePIC og stepmotorer.
StyrePIC: Har den overordnede styring af systemet. Til den er tilsluttet knapper og afhængigt af knappen,
vil den sende impulser videre til slavePICene, enten til den der bestemmer højden eller vinklen.
SlavePICs: Disse PIC’s har kontrol over stepmorerne. De modtager impulser fra styrePIC’en og for at vide
hvilken vej stepmotorerne skal køre. Hver slavePIC styrer 2 stepmotorer hver.
Stepmotorer: Fra stepmotorerne bliver strømmen omsat til bevægelse. De driver en spindel/tandhjul, som
vil få bordet til enten at løfte højden eller vinklen.
Herunder ses vores overordnede el kredsløb. Når der bliver trykket på en af knapperne, vil der gå et højt
signal ind på styrePICens input ben, og den vil vide hvilken kommando der skal foretages. StyrePICen vil
sende impulser til en af slavePICene eller begge som styre stepmotorerne, og vil få dem til at køre enten
med uret, eller mod uret.
Årsagen til at vi har valgt at sende impulser, er pga. at styrePICen derved, vil kunne holde styr over hvor
mange steps slavePICene har taget.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 41 af 94
Kredsløbsdiagram Her ses Orcad tegninger over kredsløbet.
StyrePIC
*Der er før vores switches brugt 10K ohms modstande, for ikke at belaste vores PIC for meget.
Switches
StyrePIC
SlavePICLøft
SlavePICVippe
Stepmotor
Stepmotor
Stepmotor
Stepmotor
Højt signal
Impulser
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 42 af 94
SlavePIC - løft
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 43 af 94
SlavePIC – vippe
Speed control Denne del af kredsløbet bestemmer hastigheden på PICens arbejde. Og i sidste ende hvor hurtigt
stepmotoren kører. Dette er også en illustration af hvor vi bruger software og hardware der spiller
sammen.
Når RB7 bliver høj, aktiveres transistoren(TR1-BC547B) og der ledes en strøm igennem transistoren til
ground. Kondensatoren vil derfor blive afladt næsten komplet, og RB5 vil blive lav.
Når RB7 er lav, vil transistoren ikke lede nogen strøm, og kondensatoren vil blive opladt, og eftersom
kondensatoren bliver ladet fuldt op, vil RB5 også blive høj.
PICens software, vil vente på at kondensatoren er opladt og RB5 bliver høj, efter at have sat RB7 til at være
lav. Når værdien af modstaden (R6 og R4) gøres lille, vil opladningens tiden for TR1 blive kortere, og
stepmotoren vil kunne køre hurtigere og omvendt vil hastigheden blive mindre ved brug af en større
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 44 af 94
Figur 39 – Når RB7 er lav, oplades kondensatoren og RB5 bliver Høj.
Figur 40 – RB7 er høj og transistoren er leder strømmen til GND.
Figur 41 - Formel for opladningstid med spænding
modstand. Det samme kan gøres ved at ændre på størrelsen af kondensatoren. Hvor en mindre
kondensator vil give øge hastigheden og omvendt.
Et yderligere eksempel af kredsløbet er vist herunder.
For at beregne den bestemte opladningstid for en kondensator benytter jeg denne formel, se figur 41.
Bruger vi en kondensator på 10 microfarad, forinden kondensatoren er der en
modstand på 2K ohm. Da vi ved at spændingen i kondensatoren (Uc) kan
opladningstiden beregnes til ethvert tidspunkt (t), (fig. 41). Vi indsætter derfor vores
værdier i formlen for spændingen over kondensatoren, men inden det er vi nød til at
finde tidskonstanten.
𝑡 = 2000 𝑜ℎ𝑚 ∗ 10 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑓𝑎𝑟𝑎𝑑 = 0.02𝑠 Nu kan vi opstille funktionsforskriften for
spændingen over kondensatoren: 𝑈𝑐(𝑥) = 5𝑉 ∗ (1 − 𝑒(
−𝑥
𝑡)) Tiden sætter vi til 0s,0.001s,0.002s… n antal
gange til vi når 0.004s. På figur 42 ses grafen for en kondensator på 10 microfarad oplades af spændingen
på 5V. Ved 0.002,s er tidskonstanten markeret. Som det kan ses på grafen er kondensatoren først opladt
omkring de 0.004 sekunder (40 ms).
Figur 42 – graf over opladningstid på 10 microfarads kondensator
Vores kondensator vil her have en opladningstid til 3.5 V på 0.025s.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 45 af 94
Hvis vi valgte en kondensator på 1 microfarad, ville grafen se således ud. (graf nedenunder)
Vores opladningstid, vil her være 10 gange mindre, altså 0.002s. Dette gør at motorerne køre hurtigere, og
det vil fungere bedre på produktet.
Stepmotor Ved stepmotor size23, benyttede vi vores dets datasheet for at finde ud af
indstillingen for ledningerne til stepmotor og til PIC’ens outputs. Ud fra at vores
ledninger var (brun,orange, gul og rød) skulle vi benytte Conf. #7.
Stepmotoren kører i unipolar full-step operation, hvilket vil sige, at den stepper i
forhold til skemaet til højre (fig. XX). Stepmotoren har fire inputs; A, A’,B og B’.
For at steppe bagud, sættes den til det forrige output. Når PICen skal steppe
stepmotoren, skal den derfor vide hvilket step den sender ud til motoren i
øjeblikket. Denne information er gemt i variablen currentstep. Efter at have
modtagbet step-signalet, tjekker PIC’en currentstep, derefter tjekker den mode,
som bestemmer om den skal køre fremad eller bagud. Hvis allerede er på
’currentstep’ nr. 3, og den skal fremad stepper den til nr. 4 osv.
Figur 43 – Alle dobbeltfarvede ledninger skal til Vcc.
Figur 44 – Rækkefølgen stepmotorens poler skal have strøm for at kunne rotere. Hentet fra stepmotor datasheet size23
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 46 af 94
StyrePIC Herunder ses et flowdiagram over styrePICens kode, delt
op i processer. Det bruges for hurtigt at gennemgå de
vigtigste processer som PICen foretager sig.
Kode kan ses i bilag 2.
Efter strømmen sættes til PICen, begynder opstarts
processen, i opstartsprocessen læses koden, og de
navne som er omdøbt fra sine oprindelige navne i
bankene og PICens registre til. Det er også her den
indstiller PICens porte til at være inputs eller outputs og
sørger for at de alle er 0 fra start af.
Derefter går den til ’Check switches’ hvor PICen i den
viste rækkefølge, tjekker om der kommer et højt signal
på den bestemte ports input, hvis ingen af dem er
aktiveret, startes processen forfra. Den er indstillet i den
rækkefølge, at den altid vil tjekke først, om rb5 er høj,
hvis dette er tilfældet, vil den springe den næste
kommando over, som er at ’løfte bordet’. Denne knap
kun bliver aktiveret hvis bordet er nået sin maks højde,
og sørge for at den ikke kan køre højere end maks
højden.
’Lift table’ Hvis rb2 får et højt signal vil den indstille
porta, ra2, til at blive høj, hvilket vil muliggøre at bordet
vil løfte sig. Derefter vil den speedcontrol. Den samme
procedure sker for de næste 3 kommandoer.
Den sidste er ’Both down’ Hvilket vil aktivere både ra3
og ra1, hvilket gør at bordet både vil sænke højde og
vinklen.
’Speed control’ Denne kontrol går ud på at en
kondensator skal aflades for at oplades. Afhængig af
størrelsen på kondensatoren og modstanden til
kondensatoren, kan kredsløbets hastighed reguleres.
Derefter går den videre til ’reset mode’ som sørge for at
nulstille alle porta’s outputs. Derefter venter PICen det
der svarer til 100 cycles eller 0,1 milli sekunder og starter
derefter sin proces forfra.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 47 af 94
SlavePIC Herunder slavePICens processer beskrevet med et flowdiagram. SlavePICen styrer hver 2 stepmotorer.
Kode kan ses i bilag 2.
Når strøm sættes til PICen, begynder opstarts processen. I opstarsprocessen læses koden, og de banke og
registrers adresser, som er omdøbt til navne i PICen. Det er også her den indstiller PICens porte til at være
inputs eller outputs og sørger for at banke og counts er nulstillet.
Derefter tjekker den i rækkefølge, om en af de 2 ben, bliver høje, hvis ikke vil den starte forfra, indtil den får
et signal.
Hvis rb0 får højt signal, vil den indstille registeret ”mode” til ’1’ og derefter gå ned til speed control. Den
samme proces vil ske hvis rb1 får højt signal, dog vil moden blive indstillet til ’2’.
Speed control, går ud på at en kondensator skal oplades og aflades. Størrelsen på kondensatoren kan
bestemme hastigheden på kredsløbet.
Efter denne proces kommer ”motor drive” den tjekker først hvilken position stepmotoren står på, når den
har fundet sin position tjekker den hvad ”moden” er indstillet til. Hvis den er ’1’ vil den gå clockwise, hvis
”moden” er 2, vil den gå counterclockwise. Derefter vil den vene på at inputs portene (rb0 og rb1) er blevet
lave igen. Den vil derefter nulstille registeret ”mode” og gå til start.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 48 af 94
Beskrivelse af komponenter PIC16F84A
- I denne komponent sidder hjernen bag hele systemet. Den fungere som en mini computer, med en
processor, RAM, hukommelse osv. Det er en programmerbar enhed, hvor man kan brænde sin
egen kode ned på, og derved bestemme hvad den skal gøre.
- Den består af 18 ben, hvoraf 13 af dem kan være inputs og outputs (I/O).
- For at den virker skal der tilsluttes en krystal der bestemmer hastigheden.
Datasheet for PICen kan findes i kildehenvisningen20.
OSC1/OSC2 Her tilføres oscillator/krystal
RB0-RB7 I/O - Inputs og outputs
RA0-RA4 I/O, med registrer på 5 bit.
Vss Ground
Vdd Positive strøm, (2.2V til 5V.)
MCLR Master clear - (Resets all inputs) Benyttes ikke i vores tilfælde.
Knapperne/Switches
20 (Microchip 2001)
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 49 af 94
Der er 5 knapper tilsluttet til styrePICen. Når knappen trykkes på, vil der gå en strøm imellem knappens
ben.
I vores tilfælde, har vi tilsluttet Vcc til det ene ben, og det andet er tilsluttet til PICen. Når der trykkes på
knappen vil der derved gå et højt signal til PICen, og den vil foretage en handling.
Krystallen/Oscillator
Krystallen bestemmer hastigheden på systemet. Den sørger for at holde hastigheden på
PICens handlinger nede, så hele systemet kan følge med. Til den skal tilsluttes 2
kondensatorer fra ground.
Her ses Krystallen og med 2 kondensatorer tilsluttet som går til ground. Krystallens ben
bliver tilsluttet til ben 15 og 16 på PICen.
Valg af kondensatorer til krystal
Kilde: datasheet PIC16F84A20.
Vi har benyttet disse kondensatorer ved krystallen fordi vi i PICens datasheet da vi har benyttet en krystal
på 4MHz som kræver 2 kondensatore på mellem 15-33 pF. Vi har valgt at benytte 22 picofarad.
Kondensator
Denne kondensator bliver brugt til at styre stepmotorens hastighed. En kondensator
fungerer ved, at den kan indeholde en vis mængde strøm før den bliver frigivet, lidt
ligesom et batteri. Når den er helt ladet, kan den frigive denne strøm igen meget
hurtigt, hvilket i dette tilfælde skaber et højt signal på ben 11/rb5 på PICen. Derefter
lader kondensatoren op igen, og signalet på ben 11 bliver lavt. Dette bestemmer
farten, som kan ændres afhængigt af kondensatorens størrelse. For eksempel kører motoren hurtigere hvis
man bruger en kondensator på 1 i stedet for en på 10, eller man kan sætte en mindre modstand til
kondensatoren, hvilket vil resultere i at den oplades hurtigere.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 50 af 94
Eftersom at vi ikke havde de ønskede kondensatorer til rådighed, valgte vi at benytte os af serieforbindelse,
for at formindske kapaciteten på den.
Vi benyttede denne formel for det:
Vi testede, at hvis vi benyttede en kondensator på 0.333 micro farad og 20k ohm, ville stepmotoren ikke
kunne følge med. Derfor valgte vi at benytte 0,5 microfarad og 20k ohm.
Der blev også benyttet kondensatorer til at stabilisere stepmotorernes spændingsforbrug.
En kondensator fungere på den måde, at de kan opbevare en spænding, og hurtigt aflades hvis kredsløbet
har brug for det igen. Det hjælper fx på, ved opstart af stepmotorerne skal starte og ved igangsætningen, vil
de bruge ekstra meget strøm, kondensatorerne sørger derved for, at give motorerne den ekstra strøm til
rådighed.
Vi benyttede en 1 millifarads kondensator til 2 stepmotorer.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 51 af 94
Strøm styret transistor BC547B:
Specifications:
• Low current (max. 100 mA)
• Low voltage (max. 65 V).
Transistorens opgave er at lade et svagt elektrisk signal "regulere" en mange gange større strøm eller
spænding, sådan at der kommer en forstærket "kopi" af det svage signal ud i den anden ende af
transistoren.
Det regulerende signal, sættes til base, og den vil derved kunne åbne signalet mellem emittor og collector.
I vores tilfælde brugte vi transistoren som en del af vores ‘speed control’ til PICen. Læs i ovensteånde afsnit
om ”speed control”
Datasheet til transistor21.
Strømstyret MOSFET-transistor IRF540
Specifications:
Vss = (max. 100 V)
I = (max. 23 A)
Denne MOSFET bliver benyttet til at forstærke spændingen og der skal gå til
stepmotoren. Vi benytter disse, fordi de kan tåle en meget højere strøm, end hvad der
kan gå igennem vores PIC. Ud over det, er de tilsluttet deres egen strømforsyning.
21 (Fairchild 2002)
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 52 af 94
Der er fire af disse, en til hver spole i stepmotoren. MOSFET’en er en Spændingsstyret transistor.
Hvilket vil sige at når der kommer et signal ind på gate, så vil der løbe en strøm igennem, fra source til
drain22.
Diode
Dette er en diode til at beskytte en transistor bagfra, imod elektromagnetisk støj.
Dioden er nemlig en ensrettet strømleder, hvilket betyder at strømmen kun kan
passere én vej.
Dioden fungerer som et strøm-afløb.
Dioden er en beskyttelses diode mod gennemslag fra MOSFETTEN. Dette er nødvendigt da en spole kan
opbygge høje spændinger gennem selvinduktion når den tændes og slukkes. Hvis disse bliver for høje kan
MOSFETTEN lide et gennemslag hvilket vil beskadige den. Med en diode sat med ensretteren mod Vcc, vil
der ske en afladning af spolen hvis spændingen overstiger Vcc + diode maksimuml voltage på 5.7 V. Altså vil
spændingen ledes væk.
Ledningerne
Rød: Vi har kun brugt røde ledninger, når de skulle få ud fra Vcc til en bestemt komponent.
Sort: Til ledninger når de går til ground/GND.
Hvid: Imellem komponenterne har vi prøvet så vidst muligt at smide hvide ledninger, som giver et højt
signal videre.
PIC til stepmotor: De 4 ben fra PICen som har signal til stepmotoren (Ben: 1,2,17,18), har vi valgt at give de
samme farver som ledningerne er til stepmotoren. Altså gul, grøn (i stedet for orange), brun og rød. Dette
har gjort at vi let kunne montere stepmotoren, og vide at ledningerne matcher hurtigt.
22 (VISHAY 2012)
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 53 af 94
PIC kodning Her beskrives de overordnede processer som bliver lavet i koden til PICen.
Forklaring af nogle af de vigtigste funktioner og termer til PIC koden.
Register Registeret er en position i PICen som kan indeholde data, PICen har i alt 256 registre som er fordelt over 2
”banks” i alt. Hvert register har en decimalværdi fra de 0-255, de kan få et kaldenavn så de er lettere at tilgå
og gøre koden mere overskuelig, hvilket defineres i ”label definition” i koden. De defineres ved at et
kaldenavn som fx STATUS som er 0h3, og skriver ”STATUS equ 03h”
I funktioner forkortes register som ”f”
Et billede af PICens 2 banke. En pil betyder at den samme værdi bruges i bank 1 som i bank 0.
Bank: En bank er en form for register kartotek, hver bank kan holde op til 128 registre, bank 0 fra 0-127 og bank 1
fra 128-255. Man kan kun bruge en bank ad gangen og bliver nødt til at skifte hvis man vil bruge noget fra
den anden bank. Nogle af registrene er dog de samme som kan ses ved pilene på billedet ovenfor.
W-registeret W-registret bruges til opbevaring af midlertidig data. Der er flere funktioner som bruger w-registeret til at
lagre data midlertidigt og det bruges som et mellemled til at flytte værdier til andre registre. W-registret
kan ses som computerens RAM.
W-registret forkortes til ’w’ i kodning
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 54 af 94
Bit:
En bit er en 8-del af et register/byte. Et register består altså af 8 bits, fra bit 0-7. Hver bit kan enten have
værdien af 0 eller 1. fx bestemmer registeret TRISB om benene RB0-RB7 om de er inputs eller outputs. Hvis
portb’s register skal indstilles, vil det gøres således: b’00100000’, bit tælles fra højre mod venstre, og i dette
tilfælde vil RB2 være indstillet til at være et input, mens de andre bliver outputs.
Bit forkortes i kodning til ’b’
literal Literal betyder bogstaveligt. I dette register kan man definere nogle værdier nye. Det kan enten være en
byte der skal skrives op i et register, eller en label som man skal håndtere.
Literal forkortes til ’l’ i kodning
Kommandoer Operands Uddybelse Funktion
Bsf Bit Set File Den sætter en bit til ’1’
Bcf Bit Clear File Den sætter en bit til ’0’
Btfsc Bit Test File, Skip if Clear Den checker en bestemt bit i et registers værdi, hvis den er ’1’, går den til næste commando. Hvis den er ’0’, springer den næste kommando over.
btfss Bit Test File, Skip if Set Checker også bittens værdi, hvis den er ’0’, går den til næste commando. Hvis den er ’1’, springer den næste kommando over.
movf Move file Kopierer det data som findes i registret(f) til W-registret hvis destinationen(d) = 0
movwf Move W to file Kopierer det data som opbevares i W-registret til det definerede register(f)
Clrf Clear file Registeret(f) nulstilles og sættes lig ‘00000000’
decfsz Decrement f, Skip if 0 Der trækkes 1 fra registeret(f)s decimalværdi, og den nye værdi gemmes i W-registret hvis d=0, eller i registeret(f) selv hvis d=1. Hvis denne subtraktions resultat giver 0 springes dette trin, og det følgende trin over, og registeret(f)s værdi forbliver det samme.
Goto Go to address Bevæger PIC’ens operationscursor til adressen(k), hvis denne er defineret.
movlw k Move literal to W Sætter W-registrets værdi til værdien(k) angivet. Dette kan være et byte i form af b’XXXXXXXX’, et decimal i form af d’X’ eller en label/adresse.
call k Call subroutine Kalder en subrutine, eksempelvis i form af en timer, denne subrutine kører så indtil ‘return’ funktionen kaldes.
return Return from Subroutine Returnerer fra en subrutine til der hvor subrutinen blev kaldt fra.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 55 af 94
Beskrivelse af processer – Her tages udgangspunkt i slavePICen’s kode. Når strøm bliver sat til, startes “label definition” Her defineres vores registre og portb’s ben.
“Initial proces, set modes” Her bestemmes de 13 I/O ben om de skal være inputs eller outputs og sørger
for at vores count 1, 2, mode, rb4 og rb6 er nulstillet/cleared.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 56 af 94
Derefter startes Switch condition. Den vil nu tjekke de inputs fra rb0 og rb1, hvis en af de 2 ben får et højt
signal, vil den indstille ”Moden” til ’1’ eller ’2’. Og derefter gå til Motor drive.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 57 af 94
Motor drive process
Den tjekker først “moden”. Hvis moden er “stop” går den til switch condition igen, da den ikke skal køre
nogen steder. Dette er blot et sikkerheds check.
Derefter giver den rb7 højt signal og kondensatoren, vil derefter blive afladt. Processen vil vente på at rb5
får bliver lav/0, hvilket den vil når kondensatoren er opladet.
Derefter vil den i ”loop” springe til ”timer subroutine” som er indstillet til at tælle ned fra en timer på ”100”
gange. Og den vil derefter gå videre i koden.
Den vil derefter sætte rb7, til 0. Og kondensatoren vil igen begyndte at blive opladt. Næste kommando er
at vente på at rb5 bliver høj. Når kondensatoren er opladt vil rb5 blive høj og koden vil fortsætte.
Den vil nu ”read PORTA” for at tjekke hvilken position stepmotoren har og rotere den et step, enten
clockwise(CW) eller counterclockwise(CCW). Derefter vil den gå til “Drive_end” Hvor den vil vente på, at
både rb0 og rb1 er blevet lave igen, hvorefter den vil nulstille ”mode” og gå til start. Hvorefter processen vil
starte forfra.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 58 af 94
For yderligere information om PIC kodningen henvises til bilag 2, hvor den komplette
kode ligger.
Test af el arbejde
Her tjekkes der om moden er sat stop, hvis ikke vil den springe næst trin over.
Dette er et udpluk, og kun for at se på hvordan processen er opstillet. Derfor ses drive 1,2,3,4,5 ikke.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 59 af 94
Før vi benyttede vores egen kode, testede vi at systemet virkede, med en standard kode til stepmotoren for
at se om kredsløbet virkede. Vi valgte at bygge kredsløbet i små dele ad gangen og derefter teste det
virkede, før vi tilsluttede det hele sammen.
Systemet blev testet løbende ved hjælp af et scopemeter. Vi testede ved at sætte scopemeterets ene
ledning direkte i GND på strømkilden, og placere VCC bestemte stedet i systemet. Vi kunne på den måde se
om der går den forventede mængde strøm eller frekvens igennem.
Ved brug af et scopemeter, tjekkede vi også om signalet fra PICens outputs så rigtigt ud.
Da vi havde bygget en del af vores opsætning til stepmotoren på fumlebrættet, testede vi at den udsendte
de rigtige signaler til stepmotoren, det gjorde vi ved at tilføje 4 lysdioder på de udgange som skulle sættes
til stepmotoren (Se billede nedenunder). Vi kunne her hurtigt se om PICen udsendte strøm på de rigtige
tidspunkter.
Vi kom ud for at de alle fire blinkede samtidig, hvilket ikke var meningen. Vi
kunne desuden se om udgangene fungerede ved om dioderne lyste eller ej.
Vi testede også at PICens påvirkning på transistoren havde den ønskede effekt
på kondensatoren.(fig. 45) Det gjorde vi ved at måle med scope-meteret på
kondensatorens plus ben om den opladt eller afladt som den skulle. Vi blev
bekræftet i at det fungerede.
Her blev outputs testet på styrePICen, det ses at PICens outputs udsender
impulser som forventet. Se figur 46.
Vi kunne ved hjælp af det program der
lavede koden til PICen teste den ved at
simulere kodningen i programmet MPLAB
IDE 9.82 ved hjælp af funktionen (MPLAB
SIM), her kunne vi se om registrenes værdier blev ændret og om
koden gjorde den ønskede funktion. Programmet kunne også køre
softwaren igennem med funktionen “Build”, og hvis den nåede hele
vejen igennem skrev den “succes” på skærmen og hvis ikke, skrev den
hvilken linje kode den ikke forstod.
I sidste ende var visuel bekræftelse også relevant. Hvis vi kunne se at
stepmotoren kørte rigtigt, så kunne vi med sikkerhed sige at systemet
virkede. Vi var også ude for, at vi kunne lugte en brændt komponent, det var vores PIC som vi havde
brændt af, og den blev skiftet.
Læs yderligere om fejl og problemer i fejllogbog i bilag 3.
Figur 45 – Her måles en kondensator På y-aksen ses spændingen i Volt, med 0,5V pr. inddeling, ved x-aksen ses tid med 2 ms, pr inddeling.
Figur 46 Impulser fra styrePIC
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 60 af 94
Materialeliste
Fumlebræt til styrePIC (Strømforsyning deltes med SlacePIC’s) 1x fumlebræt 7x resistorer, 10kΩ 1x resistorer, 3,3kΩ 5x resistorer, 100kΩ 2x kondensator, 22 pF
2x kondensator, 1 1x krystal, 4 MHz 1x PIC16F84A 5x kontakter 1x transistor
Fumlebræt til slavePIC’s 3 x strømforsyninger 1 til PICenes kredsløb (5V og 4A) 1 til step size23 (5V og 5A) 1 til step size34 (5V og 10A)
2x stepmotor size23 model nr: S20 2221, 0300. 2x stepmotor size34 model nr: hn200, 0430. 1x fumlebræt 2x resistorer, 3,3kΩ 4x resistorer, 10kΩ 4x resistorer, 100kΩ 4x kondensator, 22 pF
4x kondensator, 1 2x kondensator, 1 mF 2x krystal, 4 MHz 2x PIC16F84A 16x MOSFET-transistor 16x dioder 2x transistorer
Delkonklusion Vi har i el kredsløbet opnået vores hårde krav. Vi har opbygget et kredsløb der kan styre 2 stepmotorer til
at løfte hæve sænke bordet, og 2 stepmotorer til at ændre vinklen på bordpladen. Vores el del opfylder
derfor begge krav om at kunne løfte bordet og ændre vinkel på bordet.
Af vores bløde krav, har vi tilføget knappen der både sænker vinklen og bordets højde samtidigt. Stoppe
knappen ved maksimum højde punkt, er allerede tilføjet i koden, men vi nåede ikke at tilføje knappen på
bordet, grundet tidsmangel. Se styrePIC kode i bilag 2.
Vi nåede desværre ikke at tilføje banks, til gemte brugerprofiler, eller lave et visuelt display til
brugerprofiler. Dog er koden skrevet med dette formål, og er årsagen til at vi valgte at styrePICen skulle
lave impulser, det vil derfor være lige til i videre udvikling at tilføje brugerprofiler og et display.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 61 af 94
Test af det samlede produktet Vi testede produktet løbende gennem produktionen, dog med håndkraft. Dette var for at se om
basisfunktionen var på plads, og om produktet teoretisk set fungererede. Vi testede også løbende om vores
produkt overholdte de simple krav, såsom at den skal kunne hæve 20 cm og om bordpladen kunne vippe 20
grader.
Figur 1 Kravspecifikationer fra projektbeskrivelse
Efter færdig konstruktion testede vi om stepmotorerne kunne klare presset ved at sætte den elektriske del
til. Der var nogle problemer, såsom effektiviteten af tilslutningen og problemer i konstruktionen. De blev
løst, og basisfunktionen var på plads til sidst. Se videobilag 4.
Figur 47. Test med cirka 70kg på bordet.
Vi lavede desuden vægttests, både hvor produktet var stillestående og produktet var i bevægelse.
Konstruktionen holdt til 70 kg, og kunne løfte 45 kg. Dermed opfylder vores produkt kravet om at kunne
bære omkring 50kg.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 62 af 94
Vippefunktionen blev også testet, og den
virkede nogenlunde. Det blev dog aldrig helt
godt, da stepmotorerne ikke kunne klare
vægten fra bordpladen.
Vurdering af produkt Det lykkedes os at lave produktet reparer bart,
som en af vores krav lød på. Selvom svejsninger
er til stede, er det stadig muligt at skille det
meste af produktet ad. Eksempelvis er alle
stepmotorer aftagelige, hele vippefunktionen
samt bordpladen er aftagelig, og benene er adskillige.
Løftefunktionen fungerede godt. Nogle gange kunne stepmotoren have problemer med at trække
spindlerne hvis der var for meget vægt på. – Dette blev dog løst, ved at tilføje en 1000 microfarads
kondensatorer til el kredsløbet. Det gav et mere jævnt træk og bedre start moment. Se kondensatorer for
yderligere info under kondensator i komponentbeskrivelse af el.
Da produktet blev testet, fandt vi frem til, at bordet kunne løfte op til 45 kg, hvilket var over dobbelt så
meget som vores krav på 20 kg. Var. Spindlerne gjorde at produktet kunne bære meget. Her var kravet 50
kg, men test viste, at den kunne bære over 70 kg.
Vippedelen opfylder også kravene, og kan give en vinkel på 20 grader.
Selve stellet er lavet udelukkende af stål, hvilket vægtmæssigt ikke er den bedste løsning da det er et tungt
materiale. Stellet kunne optimeres ved fremstilling i aluminium, som er et meget lettere materiale.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 63 af 94
Videreudvikling af produkt. Vippefunktionen kunne laves med trapezspindler og trapezmøtrikker for at lade bordpladen forblive i den
ønskede vinkel, da en spindel automatisk vil låse. En anden mulighed er at indsætte tandhjul til at skabe
gearing. Det ville sætte farten ned, men gøre funktionen mere kraftig. Det vil også gøre, at produktet lever
bedre op til kravene, om at bære mindst 20 kg. Ved vippet tilstand.
Løftefunktionen var mest succesfuld, men her er der også en del mulige designændringer. For at sikre
trapezspindlen yderligere kunne man lave en holder øverst, som er mere præcis end den vi forsøgte os
med. Man kunne også lave en kraftigere trapezspindel og finde et lettere alternativ til cylinderen der løfter
bordet op.
For at bordet kunne få en større løfteevne, så skulle overdelen fremstilles i et lettere materiale, for at
mindske vægten. Motorerne skal have et større moment, og evt. en større gearing, for at borpladen køre
hurtigere op.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 64 af 94
Konklusion Produktet, som ConSet A/S satte gruppen til at udvikle, var på sin vis vellykket. Det er en prototype, som
blev fremstillet, og den er derfor ikke klar til endeligt brug endnu. Prototypen skaber derfor rammerne for
en videreudvikling, som kan gøre produktet brugbart i gymnasierne.
I forhold til kravene, så levede produktet op til disse.
Produktet kan hæve sig mere end 20 cm, og har en løftekraft, som teoretisk kan løfte over 500 kg, men i
virkeligheden, kan løfte 45 kg, så her lever den også op til vores krav.
Bordet har en maksimal vinkel på omkring 20 grader, hvilket også var kravet.
Der var desværre ikke tid til at udvikle gemte brugerprofiler og et display, men koden er forberedt til at
denne funktion kan tilføjes.
Alt i alt, så er hele processen bag udviklingen og fremstillingen af prototypen en succes, og fremtiden vil
bringe nye muligheder inden for bordindustrien.
Perspektivering I forhold til mange andre hæve sænkeborde har vi lavet et produkt der kan forebygge problematiske
siddestillinger i klasselokaler langt bedre. Hvis bordet tages i brug vil det kunne minimere problemer med
ryg- og nakkeskader og være med til at forebygge det.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 65 af 94
Bibliografi Birgitte Merci Lund, Per Holck, Jens Kraaer. Orbit B. Viborg: Systime, 2009.
Companies, Largest. Conset A/S. u.d. http://www.largestcompanies.dk/virksomhed/Conset-AS-
256988/ranking (senest hentet eller vist den Maj 2015).
Danske, Den Store. Elasticitetsmodul. u.d.
http://www.denstoredanske.dk/It,_teknik_og_naturvidenskab/Teknik/Bygningsstatik,_teknisk_stat
ik_og_styrkel%C3%A6re/elasticitetsmodul (senest hentet eller vist den 04. Maj 2015).
Fairchild. BC546/547/548/549/550. August 2002. http://www.ece.usu.edu/ece_store/spec/BC547.pdf
(senest hentet eller vist den 27. Maj 2015).
Holmris. HOLMRIS A/S. u.d. http://www.holmris.com/da/holmris (senest hentet eller vist den Maj 2015).
LinkedIn. ConSet America . u.d. https://www.linkedin.com/company/conset-
america?trk=extra_biz_viewers_viewed (senest hentet eller vist den Maj 2015).
Medias. Aksiale sporkuglelejer 51104. u.d. http://medias.schaeffler.com/medias/da!hp.cr/ (senest hentet
eller vist den 27. Maj 2015).
Metek. »Motors - product catalog.« Marts 2012. http://www.logismarket.es/ip/elmeq-motor-motores-
paso-a-paso-catalogo-de-motores-paso-a-paso-mae-ametek-795548.pdf (senest hentet eller vist
den 27. Maj 2015).
Microchip. PIC16F84A Data Sheet. 2001. http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/35007b.pdf
(senest hentet eller vist den Maj 2015).
Møbler, Kontor. Blog . u.d. http://www.kontormoebler.dk/blog/kontormobler-er-en-elendig-
forretning.html (senest hentet eller vist den Maj 2015).
TradeBearings. Tradebearings. 2010. http://www.tradebearings.com/single-direction-thrust-ball-bearing-
51104-product-2979.html (senest hentet eller vist den 04. Maj 2015).
VIRK. Sådan laver du en konkurrentanalyse . September 2014. https://startvaekst.virk.dk/drift/vaerktoejer-
til-drift/tjeklister-til-drift/saadan-laver-du-en-konkurrentanalyse (senest hentet eller vist den Maj
2015).
VISHAY. Power MOSFET. Oktober 2012. http://www.vishay.com/docs/91021/91021.pdf (senest hentet eller
vist den Maj 2015).
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 66 af 94
Bilag
BILAG 1 67
SAMARBEJDSAFTALE 67
BILAG 1.1 68
TIDSPLAN 68
BILAG 2 69
PIC-KODE 69
STYREPIC KODE: 69
SLAVEPIC KODE: 72
BILAG 3 76
FEJLLOG 76
FEJL I KODE 76
DEFEKT PIC 76
MOSFET BRÆNDT SAMMEN 77
STØJ HOS PICEN 77
DEFEKT STRØMFORSYNING 77
BILAG 4 79
FILM AF TEST AF PRODUKT. 79
BILAG 4.1 79
BILLEDER AF EL PRODUKT 79
BILAG 5 81
UDSNIT FRA LOGBOG 81
BILAG 6 83
MØDEREFERATER 83
BILAG 7 84
TVÆRKRAFTKURVE 84
BILAG 8 85
MOMENTKURVE 85
BILAG 9 86
ARBEJDSTEGNINGER 86
BILAG 10 90
UDREGNINGER I DIMENSIONERING 90
BEARBEJDNINGS UDREGNINGER 94
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 67 af 94
Bilag 1
Samarbejdsaftale Gruppemedlemmer:
Kasper Olsen, Peter Kongsgaard og Nicolai Serup.
Samarbejdsaftale
Følgende regler er gældende for vores Mekatronik projekt
Vi er blevet enige om at gå efter topkarakter eller dernæst.
Det enkelte medlem i gruppen forpligter sig til at:
De hårde krav:
Overholde aftaler
Hvis ikke, skal det meddeles til gruppen mindst 2 dage før deadline!
Facebook, tumblr og lolcats er uden relevans for projektet og fy-fy!
Man SKAL skrive hvis man er ramt af sygdom dagen før, eller om morgenen. Dvs. du skal stå tidligt
op, hvis du har glemt at kontakte gruppen.
Overholder tidsplan så vidt muligt
Huske logbogen og fejllogbog.
De blide:
Man har en positiv indstilling.
Er åben over for de andres ide forslag.
Er konfliktløsende frem for konfliktskabende.
Skrive i gruppen hvis man er fraværende eller sent på den.
Giver konstruktiv kritik og er modtagelig over for feedback og fejl.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 68 af 94
Bilag 1.1
Tidsplan
På tidsplanen ses, at Peter står for Maskindelen og Nicolai står for El delen, Kasper kommer til
at være den fleksible person, som både vil være i el og maskinværkstedet, dog vil han nok
mest være til hjælps i maskinværkstedet.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 69 af 94
Bilag 2
PIC-kode
StyrePIC kode:
;******************************************************** ; ; STYRE PIC ; ; Author : Nicolai Serup ;********************************************************
list p=pic16f84a include p16f84a.inc ; __config _hs_osc & _wdt_off & _pwrte_on & _cp_off __CONFIG _CP_OFF & _PWRTE_ON & _WDT_OFF & _HS_OSC
errorlevel -302 ;Eliminate bank warning
;**************** Label Definition ******************** cblock h'0c' mode ;Operation mode ;0=stop 1=right 2=left count1 ;Wait counter count2 ;Wait counter(for 1msec)
endc status equ 03h porta equ 05 portb equ 06 trisa equ 85h trisb equ 86h intcon equ 0Bh rp0 equ 5 option_reg equ 81h
rb0 equ 0 ;RB0 of PORTB rb1 equ 1 ;RB1 of PORTB rb2 equ 2 ;RB2 of PORTB rb3 equ 3 ;RB3 of PORTB rb4 equ 4 ;RB4 of PORTB rb5 equ 5 ;RB5 of PORTB rb6 equ 6 ;RB6 of PORTB rb7 equ 7 ;RB7 of PORTB
;**************** Program Start ***********************
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 70 af 94
org 0 ;Reset Vector goto init org 4 ;Interrupt Vector clrf intcon ;Clear Interruption reg
;**************** Initial Process ********************* init bsf status,rp0 ;Change to Bank1 clrf trisa ;Set PORTA all OUT movlw b'01111111' ;RB0,1,2,3,4,5,6=IN RB7=OUT movwf trisb ;Set PORTB movlw b'10000000' ;RBPU=1 Pull up not use movwf option_reg ;Set OPTION_REG bcf status,rp0 ;Change to Bank0 clrf mode ;Set mode = stop clrf count1 ;Clear counter clrf count2 ;Clear counter clrf porta ;Clear porta outputs bsf portb,rb7 ;Set RB7 = 1 btfsc portb,rb6 ;RB6 = 0 ? goto $-1 ;No. Wait
start ;************* Check switch condition ***************** limitlift1 ;Limit lift btfss portb,rb5 ;skip command if high goto liftup2 ;go to switch goto liftdown3 ;goto liftdown3
liftup2 ;lift table btfss portb,rb2 ;skip command if high goto liftdown3 bsf porta,rb2 goto endports
liftdown3 ;lower table btfss portb,rb3 ;skip command if high goto tiltup4 ;No go next bsf porta,rb3 ;set porta, ra3 goto endports
tiltup4 ;tilt up btfss portb,rb0 ;skip command if high goto tiltdown5 bsf porta,rb0 goto endports
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 71 af 94
tiltdown5 ;tilt down btfss portb,rb1 ;skip command if high goto bothdown6 bsf porta,rb1 goto endports
bothdown6 ;all down btfss portb,rb4 ;skip command if high goto start bsf porta,rb3 bsf porta,rb1 goto endports
;******************** endports *********************
endports bsf portb,rb7 ;Set RB7 = 1 btfsc portb,rb6 ;RB6 = 0 ? goto $-1 ;No. Wait
bcf portb,rb7 ;Set RB7 = 0 btfss portb,rb6 ;RB6 = 1 ? goto $-1 ;wait
clrf porta ;set all bits to 0 call wait100c ;wait 100 cycles goto start ;go to the start ;******************** wait routine 100 cycles ********************* wait100c ; Delay = 100 instruction cycles ; Clock frequency = 4 MHz ; Actual delay = 0.0001 seconds = 100 cycles
cblock d1 endc
;100 cycles movlw 0x21 ;16*2 + 1 = 33 cycles movwf d1 Delay_0 decfsz d1, f goto Delay_0 return
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 72 af 94
;************************ end ********************************
End
SlavePIC kode:
;******************************************************** ; ; Stepper Motor controller - SLAVE PIC ; ; Author : Nicolai Serup ;********************************************************
list p=pic16f84a include p16f84a.inc ; __config _hs_osc & _wdt_off & _pwrte_on & _cp_off __CONFIG _CP_OFF & _PWRTE_ON & _WDT_OFF & _HS_OSC ;**************** Label Definition ******************** cblock h'0c' mode ;Operation mode ;0=stop 1=right 2=left count1 ;Wait counter count2 ;Wait counter(for 1msec)
endc status equ 03h porta equ 05 portb equ 06 trisa equ 85h trisb equ 86h intcon equ 0Bh rp0 equ 5 option_reg equ 81h
rb0 equ 0 ;RB0 of PORTB rb1 equ 1 ;RB1 of PORTB rb2 equ 2 ;RB2 of PORTB rb3 equ 3 ;RB3 of PORTB rb4 equ 4 ;RB4 of PORTB rb5 equ 5 ;RB5 of PORTB rb6 equ 6 ;RB6 of PORTB rb7 equ 7 ;RB7 of PORTB
;**************** Program Start *********************** org 0 ;Reset Vector
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 73 af 94
goto init org 4 ;Interrupt Vector clrf intcon ;Clear Interruption reg ;**************** Initial Process ********************* init bsf status,rp0 ;Change to Bank1 clrf trisa ;Set PORTA all OUT movlw b'00100111' ;RB0,1,2.5=IN RB7=OUT movwf trisb ;Set PORTB movlw b'10000000' ;RBPU=1 Pull up not use movwf option_reg ;Set OPTION_REG bcf status,rp0 ;Change to Bank0 clrf mode ;Set mode = stop clrf count1 ;Clear counter clrf count2 ;Clear counter
movlw b'00000101' ;Set PORTA initial value movwf porta ;Write PORTA bsf portb,rb7 ;Set RB7 = 1 btfsc portb,rb5 ;RB5 = 0 ? goto $-1 ;No. Wait start ;************* Check switch condition ***************** check1 btfss portb,rb0 goto check2 ;rb0 off go to next movlw d'1' ;Yes. Set right mode movwf mode ;Save mode goto drive ;Jump to motor drive
check2 btfss portb, rb1 goto check1 ;rb1 off go to next movlw d'2' ;Yes. Set right mode movwf mode ;Save mode
;******************** Motor drive ********************* drive movf mode,w ;Read mode bz start ;mode = stop bsf portb,rb7 ;Set RB7 = 1 btfsc portb,rb5 ;RB5 = 0 ? goto $-1 ;No. Wait movlw d'5' ;Set loop count(5msec) movwf count1 ;Save loop count loop call timer ;Wait 1msec decfsz count1,f ;count - 1 = 0 ? goto loop ;No. Continue
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 74 af 94
bcf portb,rb7 ;Set RB7 = 0 btfss portb,rb5 ;RB5 = 1 ? goto $-1 ;No. Wait movf porta,w ;Read PORTA sublw b'000000101' ;Check motor position bnz drive2 ;Unmatch movf mode,w ;Read mode sublw d'1' ;Right ? bz drive1 ;Yes. Right movlw b'00001001' ;No. Set Left data goto drive_end ;Jump to PORTA write drive1 movlw b'00000110' ;Set Right data goto drive_end ;Jump to PORTA write ;------- drive2 movf porta,w ;Read PORTA sublw b'00000110' ;Check motor position bnz drive4 ;Unmatch movf mode,w ;Read mode sublw d'1' ;Right ? bz drive3 ;Yes. Right movlw b'00000101' ;No. Set Left data goto drive_end ;Jump to PORTA write drive3 movlw b'00001010' ;Set Right data goto drive_end ;Jump to PORTA write ;------- drive4 movf porta,w ;Read PORTA sublw b'00001010' ;Check motor position bnz drive6 ;Unmatch movf mode,w ;Read mode sublw d'1' ;Right ? bz drive5 ;Yes. Right movlw b'00000110' ;No. Set Left data goto drive_end ;Jump to PORTA write drive5 movlw b'00001001' ;Set Right data goto drive_end ;Jump to PORTA write ;------- drive6 movf porta,w ;Read PORTA sublw b'00001001' ;Check motor position bnz drive8 ;Unmatch movf mode,w ;Read mode sublw d'1' ;Right ? bz drive7 ;Yes. Right movlw b'00001010' ;No. Set Left data goto drive_end ;Jump to PORTA write
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 75 af 94
drive7 movlw b'00000101' ;Set Right data goto drive_end ;Jump to PORTA write ;------- drive8 movlw b'00000101' ;Compulsion setting
drive_end
btfsc portb,rb0 ;rb1 must be 0 to continue goto $-1 ;no, go back btfsc portb,rb1 ;yes, check rb1, must be 0 to continue goto $-1 ;no, go back clrf mode ;Clear mode movwf porta ;Write PORTA - Move numbers from w register to file register goto start ;Jump to start
;************* 1msec Timer Subroutine ***************** timer movlw d'100' ;Set loop count to 100 movwf count2 ;Save loop count tmlp nop ;Time adjust nop ;Time adjust decfsz count2,f ;count - 1 = 0 ? goto tmlp ;No. Continue return ;Yes. Count end
;******************************************************** ; END of Stepper Motor controller ;********************************************************
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 76 af 94
Bilag 3
Fejllog
Fejl i kode Tirsdag 17-03-2015 PICen var opbygget, og jeg testede om kredsløbet virkede. (Stepmotor ikke tilsluttet) Jeg havde bygget kredsløbet for PICen at virke op, og havde brændt en standard kode for stepmotor vi havde fået af vores lære til at teste det med. For at se om det fungerede som det skulle tilsluttede vi 4 LED pære, på output af PICen (RA0-RA3)
Vi
havde testet om der kom den strøm der skulle i output fra PICen(RA0-RA3). Til de 4 udgange monterede vi 4 LED pære, for at teste PICen skiftevis skiftede signalet mellem outputs, i den rækkefølge de skulle. Vi kunne fra de 4 LED pære se, at de alle 4 lyste samtidigt, hvilket ikke var hensigten. Jeg kiggede også koden igennem og fandt ud af at delay time til var indstillet til "2", hvor den normaltvis "Efter PIC's egen kode", er indstillet til 200. Dvs, at koden går meget hurtigere, og outputs, vil skifte meget hurtigere. Det kan også betyde at magneten i stepmotoren ikke kan nå at rotere, før strømmen forsvinder. Vi ændrede derfor på delay tiden i koden, til "200" wait cycles, og vores resultat blev, at pærene, lyste 2 ad gangen. Problem dermed løst!
Defekt PIC Torsdag 19-03-2015 Ting jeg testede i dag:
Figur 49 - De 4 LED dioder, tilsluttet v. PICens outputs.
Figur 48 - Vores Tilt PIC, test kode er benyttet og 3 test knapper.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 77 af 94
PIC - (opførte sig underligt..) - Fik ikke de forventede output signaler. (RA0-RA3) Knapperne - virker korrekt
Stepmotor reagerede m. små vibrationer, men kørte ikke nogen veje. (Et tegn på, at enten var inputs til stepper forkert påsat, eller PIC defekt, eller MOSFET brændt af) Jeg testede først, at PICen udsendte de rigtige signaler. PICen valgte kun at udsende signaler på RA0 og RA1 efter at have målt det med scope-meteret. Derfor udskiftede jeg PICen og brændte samme kode ned på den, og modtog derefter de rette signaler fra RA0-RA3, og Stepmotoren køte som den skulle. Jeg må gå ud fra, at det var en defekt PIC jeg havde haft.
MOSFET brændt sammen
Tirsdag d. 24-03-2015 Status: slavePIC Tilt er opsat, tilsluttet med begge motorer. I dag, gad den dog bare ikke virke, efter at have testet og målt, fandt jeg ud af, at signalet fra en MOSFET ikke blev ledt videre til stepmotoren. Jeg mærkede med fingeren og den var brændvarm, hvilket er resultatet af en sammenbrændt MOSFET. Den blev udskiftet og det virkede derefter igen.
Støj hos PICen Torsdag d. 26-03-2015 Jeg havde et problem med at stepmotoren kørte sit eget show. Den kørte til højre og venstre uden at have trykket på nogle knapperne monteret til PICen. Først troede jeg det var PICen det var galt med og den blev udskiftet, dog uden nogen forskel. Jeg fandt senere ud af, at det var fordi PICen modtog støj signaler ind på sine ben, og derfor blev aktiveret uhensigtsmæssigt.
Som løsning satte jeg en 100k Ohms modstand til Ground, for at lede støjsignalerne væk. Derefter fungerede systemet optimalt.
Defekt strømforsyning Fredag d. 24-4-2015
En strømforsyning var defekt o Der var lys i displayet, men der gik ikke nogen strøm igennem fra + til -. o Det fandt vi ud af, da vi havde testede vores kredsløb/fumlebræt virkede med en
anden strømforsyning. o Derefter prøvede vi at sætte en enkelt LED til strømforsyningen, men der kom
heller ikke lys i den. Dermed kunne vi bekræfte at strømforsyningen var defekt. (LED'en virkede)
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 78 af 94
Figur 50 - Her ses en diode med en 10k ohm modstand tilsluttet strømforsyningen. Dog lyser den ikke som den ville.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 79 af 94
Bilag 4
Film af test af produkt.
https://youtu.be/3FayRi95MGs
Bilag 4.1
Billeder af el produkt Herunder ses fumlebrættet for vores styrePIC. Den monterede klemmerække er forbundet med det andet
fumlebræt, hvorfra den får strøm til kredsløbet.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 80 af 94
Herunder ses fumlebrættet for vores slacePIC’s. vippe PIC er til venstre(A) og løfte PIC er til højre,(B). På
dette billede mangler en MOSFET, som det ses i den bagerste bane.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 81 af 94
Bilag 5
Udsnit fra logbog
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 82 af 94
Her ses udsnit af vores logbog. Vi lavede den i let kopierbare skemaer, som vi prøvede at udfylde så vidt
muligt. Dette blev gjort gennem hele forløbet.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 83 af 94
Bilag 6
Mødereferater
16/3-2015
VI blev enige om at Nicolai står for eldelen af projektet, og Peter og Kasper står for maskindelen. Vi blev
desuden enige om selv at opsøge hinandens arbejde, og spørge så snart vi er i tvivl.
6/4-2015
Kasper og Peter blev enige om at lave nogle ændringer på produktet, der blandt andet indebærer at
montere vippefunktionen med en vinkel og placere en konstruktion der skal holde bordets trapetzspindel
på plads. Disse ideer blev delt med Nicolai, som var positiv overfor ideerne.
20/4-2015
Tiden i værkstedet lakker mod enden, og rapporten skal færdiggøres. Vi fik delt de store dele op mellem os,
og satte os som mål for at samle rapporten dagen før aflevering.
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 84 af 94
Bilag 7
Tværkraftkurve
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 85 af 94
Bilag 8
Momentkurve
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 86 af 94
Bilag 9
Arbejdstegninger
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 87 af 94
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 88 af 94
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 89 af 94
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 90 af 94
Bilag 10
Udregninger i dimensionering
Kræfter på bordet
Lejeberegning
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 91 af 94
Teoretisk løftekraft
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 92 af 94
Kraftmoment
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 93 af 94
Modstandsmoment
Bøjningsspænding
Nedbøjning
Nicolai Serup, Kasper Olsen Vejle Tekniske Gymnasium 28/04 2015 & Peter Kongsgaard Mekatronik Eksamensprojekt 2015 Tirsdag
Side 94 af 94
Bearbejdnings udregninger
Borehastighed
Drejehastighed
Svejseregning