Industrijsko oblikovanje robota za krmljenje

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Industrijsko oblikovanje robota za krmljenje

Diplomsko delo Visokošolskega strokovnega študijskega programa I. Stopnje STROJNIŠTVO

Andrej Gregorič

Mentor: doc. dr. Janez Benedičič, univ. dipl. inž.

Ljubljana, september 2021

(2)

(3)

(4)

(5)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Industrijsko oblikovanje robota za krmljenje

Diplomsko delo Visokošolskega strokovnega študijskega programa I. stopnje STROJNIŠTVO

Andrej Gregorič

Mentor: doc. dr. Janez Benedičič, univ. dipl. inž.

Ljubljana, september 2021

(6)

(7)

(8)

(9)

v

Zahvala

Najprej bi se rad zahvalil prof. dr. Rajku Berniku iz Biotehniške fakultete kateri nam je ponudil sodelovanje pri projektu. Glavna zahvala gre profesorju doc. Dr. Janezu Benedičiču iz FS, ki nam je projekt predstavil in z nami ves čas sodeloval. Podal nam je ogromno novih informacij in znanja na področju projektiranja strojev in reševanja problemov pri takem delu.

Rad bi se zahvalil tudi Podjetju Tehimpex d.o.o. za pomoč pri izbiri raznih komponent. V mojem delu projekta bi pa bilo nemogoče brez pomoči industrijske oblikovalke gospe asist.

Dr. Vanje Čok. Brez podpore prijateljev in družine bi bilo vse skupaj skoraj nemogoče, zato gre velika zahvala tudi njim. Pri projektu je bil v pomoč tudi LECAD.

(10)

vi

(11)

vii

(12)

viii

(13)

ix

Izvleček

UDK 007.52:636.084.21(043.2) Tek. štev.: VS I/934

Industrijsko oblikovanje robota za krmljenje

Andrej Gregorič

Ključne besede: industrija oblikovanje roboti modeli krmljenje govedo

Sodoben razvoj različnih izdelkov in strojev poleg njihove funkcionalnosti vedno bolj stremi k privlačni zunanji obliki. Ob tem upošteva funkcionalnost izdelka katere zaradi oblikovanja zunanje oblike ne sme zanemariti. V zadnjem času so tudi kmetijski stroji vedno bolj sodobni in privlačnih oblik. V nalogi sem sem se ukvarjal z oblikovanjem zunanje oblike robota za krmljenje živine. Pri tem sem moral upoštevati vse funkcije katere opravlja robot in temu prilagoditi obliko. S pomočjo industrijske oblikovalke smo izdelali skice zunanje oblike stroja in jih sproti tudi popravljali in prilagajali glede na možnost izdelave 3D modelov in same tehnologije proizvodnje. Pri zunanji obliki smo upoštevali simetrijo in smernice sodobnega oblikovanja. Oblikovali smo tudi sistem varovanja ljudi in živali med delovanjem robota. Ta prekine delovanje stroja ob morebitnem stiku s človekom ali živaljo. Po umiku ovire robot samodejno ponovno deluje.

(14)

x

(15)

xi

Abstract

UDC 007.52:636.084.21(043.2) No.: VS I/934

Industrial design of feeding robot

Andrej Gregorič

Key words: industry design robots models feeding cattle

In addition to their functionality, the modern development of various products and machines is increasingly striving for an attractive appearance. At the same time, it takes into account the functionality of the product, which must not be neglected due to the design of the external shape. Recently, agricultural machines are also becoming more modern and attractive in shape. In the assignment, I was involved in designing the exterior shape of a livestock feeding robot. In doing so, I had to take into account all the functions performed by the robot and adjust the shape accordingly. With the help of an industrial designer, we made sketches of the external shape of the machine and also corrected and adjusted them according to the possibility of making 3D models and the production technology itself. In the external form, we took into account the symmetry and guidelines of modern design.

We also designed a system to protect humans and animals during robot operation. This interrupts the operation of the machine in the event of any contact with humans or animals.

After removing the obstacle, the robot automatically works again.

(16)

xii

(17)

xiii

Kazalo

1 Uvod ... 1

1.1 Ozadje problema ... 1

1.2 Cilji ... 1

2 Teoretične osnove ... 3

2.1 Oblikovanje izdelkov ... 3

2.2 Doživljanje izdelkov s strani uporabnika ... 4

2.3 Odziv uporabnika na izdelek ... 6

2.4 Razvojno-konstrukcijski proces v povezavi z željami kupcev... 7

2.5 Oblike ... 9

2.6 Uporabnikom najbolj ugodne oblike ... 10

2.7 Reciklaža in varčevanje... 13

2.7.1 Ponovna uporaba potrošnih materialov za druge izdelke ... 14

2.7.2 Remont in prenova obrabljenih delov ... 14

2.8 Stroji primerni za pomoč pri reciklaži ... 15

2.8.1 Škarje ... 15

2.8.2 Preše-stiskalnice ... 15

2.8.3 Drobilci-mlini ... 15

2.8.4 Magneti za ločevanje kovin iz granulatov ... 15

2.8.5 Mlini za staro železo ... 16

2.8.6 Separacija v bazenih ... 16

2.9 Pravila pri konstruiranju v povezavi z reciklažo ... 16

2.10 Pravila pri vzdrževanju strojev ... 17

2.10.1 Vrednotenje ležajev ... 18

2.11 Ergonomska lastnost uporabnika ... 19

2.12 Delovno okolje ... 20

3 Raziskave in razvijanje robota ... 21

3.1 Funkcije robota ... 21

3.2 Konkurenčni izdelki ... 22

3.2.1 Lely-vector ... 23

(18)

xiv

3.2.2 Aramis II-hetwin ... 23

3.2.3 DeLaval Optimat ... 24

3.3 Funkcionalnost ... 24

3.4 Iteracija 1 ... 25

3.5 Iteracija 2 ... 26

3.6 Iteracija 3 ... 29

4 Rezultati in diskusija ... 37

4.1 Vpliv izbire komponent na zunanjo obliko robota ... 37

4.2 Delilna ravnina stranske pločevine ... 38

4.3 Zaobljeni robovi pločevin ... 38

4.4 Izbira pantov ... 38

4.5 Končna oblika robota... 39

5 Zaključki ... 41

Literatura ... 43

(19)

xv

Kazalo slik

Slika 2.1: Struktura čustev [1] ... 6

Slika 2.2: Enostaven moderni dizajn [2] ... 7

Slika 2.3: Izdelava novega uporabniku prijaznega preoblikovalnega stroja [3]... 8

Slika 2.4: Povezava med lastnostmi izdelka in zadovoljstvom kupca [1] ... 8

Slika 2.5: Privlačna zunanja oblika kuhinjskega aparata [5] ... 9

Slika 2.6: Priljubljenost izdelka v povezavi vizualne kompleksnosti [1] ... 10

Slika 2.7: Izdelek v odnosu z uporabnikom v povezavi z videzom [1] ... 12

Slika 2.8: Vrednost na področju estetike izdelka [1] ... 13

Slika 2.9: Izločevanje kovinskih delcev s pomočjo magneta [1] ... 16

Slika 2.10: Vpliv človeka na tehnični sistem [1]... 17

Slika 2.11: Drsni ležaj [7] ... 18

Slika 2.12: Kotalni ležaj [7] ... 18

Slika 2.13: Pravilen položaj delavca in računalniškega ekrana [8] ... 20

Slika 3.1: Krmna miza brez približevanja krme na doseg živali ... 21

Slika 3.2: Dimenzije krmne mize [10] ... 22

Slika 3.3: Lely-vector [11] ... 23

Slika 3.4: Aramis II-hetwin [12] ... 23

Slika 3.5: DeLaval Optimat [13] ... 24

Slika 3.6: Stranska pozicija elektromotorjev in reduktorjev ... 25

Slika 3.7: Sprednji pokrov iz enega dela ... 26

Slika 3.8: Delitev stranske pločevine po sredini ... 27

Slika 3.9: Delitev stranske pločevine na dva dela ... 27

Slika 3.10: Simetrična oblika ... 28

Slika 3.11: Pokrov s stranskim radijem ... 28

Slika 3.12: Pokrov z radijem na sprednji strani... 29

Slika 3.13: Postavitev LCD zaslona v zgornjem predelu vrat ... 30

Slika 3.14: Oblika pokrova vrat z bolj simetričnimi linijami ... 30

Slika 3.15: Oblika z ravno ploskvijo na sredini vrat ... 31

Slika 3.16: Skice končne oblike ... 32

Slika 3.17: Izbrani panti za vrata ... 33

Slika 3.18: Zaklep za vrata ... 33

Slika 3.19: Varnostna pločevina ... 34

Slika 3.20: Gobasto stikalo za zasilni izklop v sili ... 35

Slika 3.21: Glavno stikalo za vklop napajanja. ... 36

Slika 4.1: Uporabljen reduktor Bonfiglioli... 37

Slika 4.2: Stranska pločevina ... 38

Slika 4.3: Končna oblika robota z napisom v eni vrsti ... 39

Slika 4.4: Končna oblika robota z napisom v treh vrstah ... 39

(20)

xvi

Slika 4.5: Klasična in naprednejša izvedba robota z LCD zaslonom ... 40

(21)

xvii

Kazalo preglednic

Tabela 2.1: Strojni deli-pogostost menjave ... 14 Tabela 2.2: Vrste ležajev [7] ... 19

(22)

xviii

(23)

xix

Seznam uporabljenih simbolov

Oznaka Enota Pomen

A m² površina

d mm premer

P Pa, bar tlak

V m³ Volumen

W J Moč

(24)

xx

(25)

xxi

Seznam uporabljenih okrajšav

Okrajšava Pomen

cca približno

FS Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani ipd

itd LECAD

in podobno in tako dalje

Laboratorij za konstruiranje LECAD

(26)

xxii

(27)

1

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

Krmljenje živine lahko na velikih kmetijah povzroča ogromne finančne stroške. V veliki večini se krmo raztrosi po sredini krmne mize in potem z drugim strojem, največkrat s traktorjem pomakne v bližino živine. To pa pomeni dodatnega človeka za opravljanje tega dela. Zaradi tega se v praksi živino krmi manjkrat dnevno in takrat zelo obilno. Za doseganje velikih količin mleka pa so strokovnjaki s področja živinoreje ugotovili, da je veliko boljše krmiti živino večkrat dnevno in z manjšo količino krme. S tem se zelo poveča količina mleka.

V nalogi smo se ukvarjali z izdelavo tehnično dovršenega stroja, kateri ponuja nekaj več od podobnih konkurenčnih robotov. Potrebna je bila izbira pravih materialov in rešitev več problemov. Moja naloga je bila povezava med oblikovanjem zunanje oblike in modeliranjem samega izdelka-robota za krmljenje živine in doseganje pravilne zunanje oblike.

Potrebno je bilo zagotoviti avtomatsko doziranje krme na določeno razdaljo na krmno mizo.

Poleg tega smo omogočili funkcijo čiščenja krmne mize.

1.2 Cilji

Cilj naloge je konstrukcijsko in estetsko dovršen izdelek. Ta mora zagotavljati vse določene naloge oziroma opravila. Robot mora biti sposoben zagotavljati varnost ljudi in živali, biti prilagodljiv glede na različne vrste hleva in omogočati spreminjanje količine ter hitrosti krmljenja. Želeli smo tudi brezhiben varnostni sistem.

(28)

Napaka! Če želite uporabiti Heading 1 za besedilo, za katerega želite, da se pojavi tukaj, uporabite zavihek »Osnovno«.

2

(29)

3

2 Teoretične osnove

2.1 Oblikovanje izdelkov

Pri snovanju izdelkov in njihovem konstruiranju imajo ogromen vpliv tehnološke kot tudi znanstvene inovacije ter razno spreminjanje njihovih trendov in potreb. Začetki konstruiranje so temeljili na temu, da so konstrukterji in inženirji zagotovili ustrezno delovanje in funkcijsko dovršenost izdelka. To je trajalo cca do konca 20. stoletja. V sedanjem času je proizvajalcev različnih izdelkov čedalje več in se kupcem ustrezno delovanje izdelka zdi kot nekaj vsakdanjega. Zato je glavni dejavnik pri nakupu sedaj predvsem dizajn samega izdelka. Razvojna zahtevnost izdelka je zelo visoka saj se od proizvajalcev zahtevajo čim krajši časi proizvodnje izdelkov, vedno višja kakovost, izdelki morajo biti dovršeni na področju dizajna,... Med zelo pomembne zahteve pri snovanju izdelkov pa uvrščamo spososobnost spreminjanja izdelka za uporabo med različnimi narodi vsega sveta. Do sedaj se pri oblikovanju izdelkov v največji meri ni upoštevalo mnenja kupcev. Ti so pa z leti postali vse zahtevnejši, zato so morali oblikovalci začeti upoštevati tudi mnenja kupcev. Za samo konstruiranje izdelkov in upoštevanje želj oziroma mnenj kupcev je to zelo zahtevno. Kljub temu, da je nek izdelek odlično funkcijsko, dizajnersko in ergonomsko dovršen, to ne pomeni, da bo pri kupcu vzbudil veliko zanimanja. Temu pravimo kupčeve skrite potrebe. Če v sodobnem izdelku te potrebe niso upoštevane, takšen izdelek ne doseže velikega zanimanja in prodaje. V današnjem času je znano, da uporabnik prepozna značaj željenega izdelka in povečano zanimanje za čustven odziv kupca na izdelek.

Ker so razni stroji (tako težka mehanizacija, kot tudi kuhinjski aparati) del vsakdanjega življenja je zunanji videz izdelka čedalje bolj pomemben. Vsak človek je po naravi tak, da sprejema dobro in zavrača slabo oziroma kar ni po njegovem okusu. Zelo pomembna je povezava med čustvenim dojemanjem kupca ter funkcijskimi lastnostmi izdelka. Kupci so zelo nagnjeni k temu, da so izdelki glede videza povsem po njihovih željah. Prav zaradi tega, pa je vsak izdelek konstrukcijsko še toliko bolj zahteven, saj morajo konstrukterji pravilno izbirati barve in oblike izdelka. Tem lastnostim konstruiranja pravimo estetika. Ker vsak človek vidi svet na drugačen način je to še toliko bolj zahtevno. Za boljše rezultate konstrukterji v proces izdelave vključujejo mehka znanja. S tem se pridobiva povratne informacije kaj je za kupce najpomembnejša stvar pri izbiri in nakupu. To je pomembno zato, da konstrukterji določijo pravilno zasnovo izdelkov že pred procesom izdelave in s tem izključijo odvečne stroške in porabo materialov. Pravilna izbira koncepta je zato poglavitnega pomena, saj s tem izberemo kako bo izdelek na koncu tudi izgledal. Tudi z uporabo najsodobnejših tehnologij in strojev v primeru slabo zasnovanega stroja ne bomo

(30)

4

dosegli dobrega rezultata in dobre cene izdelka. Za doseganje željenih rezultatov se morajo vse dejavnosti med časom razvoja prekrivati in sodelovati. Med samim postopkom razvoja izdelka vedno spoznavamo nove informacije in želje. Z novimi nformacijami med procesom konstruiranja in izdelave pa se izdelek lahko zelo spremeni. Tu je možna tudi sprememba želj kupca. Poznavanje želj in odzivov kupcev na nek izdelek imenujemo kensei inženiring.

To orodje uporabljajo razvojniki, snovalci, konstrukterji, oblikovalci in vsi ostali vključeni v razvoj izdelkov kateri so deležni odziva kupcev. Njegova uporaba pa mora biti pravilno usklajena in vključena v sam razvojni proces izdelka, ker je pravilna uporaba vhodnih in izhodnih informacij ključnega pomena. Po želji k visoki kakovosti izdelka najbolj pripomore pravilno izbran potek osvajanja izdelka. Vse odzive kupcev na nek izdelek pa ne moremo v naprej predvideti. Zato je zelo pomembno spremljati mnenja kupcev na izdelek in si ta mnenja zapomniti ter čimbolj uporabiti pri razvoju naslednjega izdelka. Pri oblikovanju izdelka sodelujejo konstrukterji in oblikovalci saj morajo v začetku razvoja izdelka vključiti vse želje kupcev in jih skupaj prenesti na končen izgled izdelka.

Poseben izziv za konstrukterje in oblikovalce je izdelek kateri je novost na trgu. Pri razvoju takega izdelka imajo konstrukterji in oblikovalci ogromnega dela že s samim predvidevanjem kakšne odzive bi uporabnik lahko sploh imel na ta izdelek. Pri tem je potrebno uporabiti vse izkušnje več ljudi, ki sodelujejo pri razvoju izdelka. Pri razvoju novega izdelka je najpomembnejše timsko delo razvojnikov, oblikovalcev in razvojnih inženirjev. V takem primeru pridejo do izraza dobre inovacije.

Oblikovanje v industriji je ključno v fazi konstruiranja izdelka saj ima namen doseganja pravilnih oblik končnih izdelkov, tako z vidika dizajna kot tudi funkcionalnosti. Zelo pomembno je, da pravilno razumemo razliko razumevanja funkcije in oblike. Razvojno konstrukcijske procese opisujeta Eppingerjev in Ulrichov model ter osvajanje izdelkov s pomočjo zlate zanke s priporočilom VDI2221. Ker je v fazi razvoja izdelka zelo pomembno razumevanje človekovih potreb je tu upoštevana tudi Maslowa hierarhija človekovih potreb.

Pomembna je tudi povezava med kupci in oblikovalci ter izdelkom in uporabnikom.

Na same funkcije in obliko izdelka zelo vplivajo lokacijski oziroma medkulturni kontekst.

Za podrobnejše detajle je tukaj potrebno delo in razumevanje v velikem obsegu.

2.2 Doživljanje izdelkov s strani uporabnika

Pomen besede čustvo je psihično in duševno stanje človeka katero je povezano z mišljenjem, občutkom in vedenjem. Iz podatkov raziskav je znano, da je na svetu obstoječih skoraj 100 čustev. Opredelitev čustev temelji na možganskim in telesnih spremembah v telesu, ki so posledica sprememb sproženih v možganih glede na odziv na nek dogodek oziroma predmet- objekt. To je odkril Damasio v letu 1994. Da se emocij ne sme primerjati s subjektivnim občutjem pa je zatrdil Freud saj je meni, da so emocije neka stanja na katera ne moremo točno vplivati, subjektivno občutje pa naj bi bilo eno od teh stanj.

Osnovne funkcije psihologije kot so različna mišljenja, čutenja, čustvovanja in intuicije je določil Carl Gustav Jung. Njegova teorija je taka, da na procese senzorike vpliva čutenje, vtise pojasnjujejo mišljenja, vrednotijo pa jih čustva. Različni jeziki naj bi obsegali in

(31)

5 vsebovali tudi drugačna čustva. Izkazalo se je tudi naj bi kognicija in čustva delovala vedno skupaj, čustva pa naj bi se najpogosteje dogajala pred kognicijo, v nekaterih redkih primerih pa so lahko čustva posledice kognicij. Iz tega sledita dva načina dojemanja realnosti in sicer:

 Kognitivni (analitičen ali racionalen način)

 Čustveni (intuitivni ali izkustveni način)

Ob tem pa je kognitivni oziroma analitični način občutno počasnejši od čustvenega oziroma izkustvenega načina. Za oba načina je značilno to, da ne veljata enaka pri vsakemu posamezniku, na oba načina pa vplivajo naslednje lastnosti osebe:

 Kultura

 Znanje

 Spol

 Izobrazba

Čustven odziv je rezultat kako s čustvi zaznamujemo različne situacije, ostale ljudi, predmete in občutke. Odnos do različnih situacij, oseb oziroma predmetov imenujemo čustvovanje, ki je od posameznika do posameznika drugače razvito in tudi potem drugače odzvano. Osebnost posameznika se aktivira na dva različna načina:

 Zavedno

 Nezavedno

Vsa čustva pa strnjeno razdelimo v dve skupini. Razdeljena so na primarna in sekundarna.

Prva skupina čustev na primer strah, jeza, žalost,... so enaka tako za ljudi kot določene živali.

Druga skupina čustev pa je bolj zapletena saj so ta čustva prepletena s primarno skupino čustev. Razdelitev čustev v dve skupini:

 Primarna čustva (gnus, jeza, strah,...)

 Sekundarna čustva (zavist, krivda, ponos,...)

Razporeditvi čustev v prej navedene skupine pa moramo dodati tudi jakost oziroma moč čustev. Na spodnjem grafu so predstavljene moči različnih čustev. Na vodoravni osi je predstavljeno ugodje in neugodje, na vertikalni osi pa moč in nemoč [1].

(32)

6

Slika 2.1: Struktura čustev [1]

2.3 Odziv uporabnika na izdelek

Uporabnik se na nek izdelek najbolj odziva čustveno. To pomeni interakcija med izdelkom in uporabnikom. Med procesom se izvajajo trije procesi in sicer:

 Interes

 Vrednotenje

 Dražljaj

S temi tremi procesi se medsebojno povezujejo. Iz tega lahko spoznamo kakšen odziv je nek izdelek naredil na posameznika.

(33)

7

2.4 Razvojno-konstrukcijski proces v povezavi z željami kupcev

Največje zadovoljstvo za konstrukterje in k samemu razvoju izdelka vključenim ljudem je uspešno zaključen projekt s čim večjim upoštevanjem želj in zahtev kupcev. Da se do tega pride je v razvojni fazi potrebno prepoznavanje zahtev in želj kupcev oziroma uporabnikov določenega izdelka. Vse želje in zahteve dobimo od naročnikov oziroma uporabnikov storitev in izdelkov. Dobro moramo poznati konkurenčne proizvajalce. Pri razvoju novega izdelka je vključevanje zahtev kupca potrebno od začetka razvoja do končnega proizvoda.

Če z nekim izdelkom želimo prehiteti oziroma premagati konkurenco je potrebno upoštevanje mnenja kupcev skozi celoten proces stvarnega postopka razvoja izdelka. Vsak izdelek se začne razvijati najprej z razmišljanjem, ki se konča pri končnem produktu.

Pri razvoju novega izdelka lahko uporabimo odzive kupcev na ostale, starejše podobne izdelke. S tem vemo, kaj uporabnik od našega novega izdelka sploh pričakuje. S strani kupca lahko dobimo le namembnost izdelka in kakšne naj bi bile njegove lastnosti. Vse ostalo je potrebno izvedeti na drugačen način. Lahko pa tudi z bodočim kupcem sodelujemo in se čez celoten proces razvoja izdelka dogovarjamo in rešujemo morebitne zaplete pri reševanju različnih težav. Želje kupcev pa se lahko zelo razlikujejo Mednje sodijo:

 Funkcionalnost oziroma pravilno delovanje izdelka

 Kakovost izdelave

 Ergonomija uporabe

 Prijaznost izdelka do uporabnika

 Izgled izdelka

 Varno in zanesljivo delovanje

 Sodoben izgled

 Delovanje brez pokvarljivosti

Slika 2.2: Enostaven moderni dizajn [2]

(34)

8

Slika 2.3: Izdelava novega uporabniku prijaznega preoblikovalnega stroja [3]

Seveda pa na to kako je uporabnik zadovoljen z nekim izdelkom vplivajo lastnosti izdelka, ki niso vedno enake.

Slika 2.4: Povezava med lastnostmi izdelka in zadovoljstvom kupca [1]

Ko dosežemo, da je uporabnik z izdelkom zadovoljil svoje želje oziroma potrebe, s tem postane tudi bolj zvest do neke znamke [4].

(35)

9

2.5 Oblike

Oblika je kreirana istočasno kot funkcija. Pri tehničnem sistem v razvojno konstrukcijskem procesu, oblika spada med vhodne in izhodne podatke. Končna oblika pride šele takrat, ko so vse funkcije s prilagojenimi strukturami določene.

Vsak oblikovalec ima že shranjene oziroma zamišljene določene okvirje oblikovanja. Med osnovne elemente oblik uvrščamo:

 Ploskev

 Linija

 Točka

Vsi simboli in oblike so sestavljeni iz linij oziroma črt. Za pravilen potek oblikovanja mora oblikovalec spremljati in slediti novim trendom oblikovanja ter pravilom. Za to se uporablja tako imenovana slovnica oblik, kar lahko razumemo kot knjižnica za pomoč pri oblikovanju geometričnih oblik. Te so lahko:

 Dvodimenzionalne

 Tridimenzionalne

Na uspešnost izdelka vpliva njegov vizualni izgled. Ta povzroči največji odziv kupcev.

Podjetje Audi je naredilo raziskavo v kateri so ugotovili, da je za nakup avtomobila kar 60%

poudarka na vizualnem izgledu, kot pa na funkcionalnosti in zanesljivosti delovanja.

Strokovnjaki menijo, da na oblikovne preference izdelka močno vpliva človeška lastnost za proporce in razmerje. Iz tega je tudi razvidno, da so nekatere barve in določene oblike človeku vedno všeč.

Slika 2.5: Privlačna zunanja oblika kuhinjskega aparata [5]

(36)

10

Z izdelkom, ki ima lepo obliko zagotovimo dobro čustveno počutje kupca oziroma uporabnika. Že stari Grki so pojem lepota imeli kot pomen odličnosti. Oblike izdelkov, ki niso likovno podkovane, pri uporabnikih privedejo do nelagodja oziroma slabih čustvenih odzivov. Če želimo pri uporabnikih neko zadovoljstvo se moramo držati manjših nepravilnih oblik, katerih ne srečamo v vsakdanjem življenju. To je uporabnikom najbolj pri srcu.

Seveda pa se te preference glede oblik razlikujejo, saj so pri posamezniku odvisne od njegovih izkušenj ter spominov na različne dogodke.

Med najbolj vplivne oblikovalske družbe sodita na primer Pininfarina iz sosednje Italije in Dyson iz Londona. Prav na njihovih izdelkih sem dobil največje zanimanje za to področje pri projektiranju izdelkov.

2.6 Uporabnikom najbolj ugodne oblike

Strokovnjaki na področju oblikovanja izdelkov nenehno izvajajo študije in spremljajo odzive uporabnikov na izdelke, da lahko konstrukterjem podajajo mnenja in predloge za razvoj novih in morebitna popravila na starih izdelkih. Iz izdelkov, ki so v vsakodnevni uporabi je razvidno, da so uporabnikom najbolj priljubljene zaobljene oblike in linije. Pri ženskah so najbolj priljubljene organske, pri uporabnikih moškega spola pa bolj pravilne likovne oblike.

Najmanj priljubljena je oblika ostrih robov, saj med uporabniki predstavljajo nekaj nevarnega-ostrega.

Pri otrocih se že hitro spozna, da jih okrogle oblike najbolj privlačijo. To pomeni, da je pri dizajniranju potrebno upoštevati in pri konstruiranju uresničiti vse te ljudem najljubše oblike. Izdelki, kateri imajo na videz nekaj novega, pri uporabniku takoj povzročijo vzbujanje dobrih občutkov. Izdelki namenjeni otrokom morajo biti narejeni z razgibanimi- igrivimi linijami.

Slika 2.6: Priljubljenost izdelka v povezavi vizualne kompleksnosti [1]

(37)

11 Ugotovljeno je, da so v zadnji dobi 20. stoletja prevladovale ravne linije med najbolj priljubljenimi. V začetku 21. stoletja so kot najbolj priljubljene oblike prevladovale organske. Uporabnik izdelek najlepše sprejema tako, da ga s pomočjo njegovih oblik umesti v njegov vsakdanjik. Strokovnjaki so pomembnejše lastnosti umestili znotraj pet naslednjih skupin:

 Biologija

 Estetika

 Kultura

 Novitete

 Ideje

Na industrijsko oblikovanje imajo velik vpliv tudi ostale dejavnosti, ne le proizvajalci podobnih izdelkov. V industrijskem oblikovanju poznamo več vrst takšnih vplivov in sicer:

 Družbena ureditev

 Okolica

 Čas

To so vplivi, ki delujejo neprestano in so med seboj zelo povezani. Vključevanje zunanjih vplivov v konstruiranje izdelkov ima na končni izdelek pozitiven vpliv. Moramo pa jih upoštevati premišljeno saj v nasprotnem primeru lahko dobimo negativen vpliv. Pri konstruiranju in upoštevanju zunanjih vplivov ima velik vpliv tudi finančno stanje kupca.

Ne glede na njegove želje in potrebe je na koncu velik faktor na to kakšen izdelek oziroma koliko želj bomo lahko upoštevali pri konstruiranju prav finančno stanje. V vsakem primeru pa moramo kot osnovno lastnost pri konstruiranju upoštevati varnostne in ergonomske predpise. To sta lastnosti, ki sta pri uporabi najpomembnejši. Vsekakor pa nek izdelek ne more biti enako zasnovan kot izdelek z isto namembnostjo za prav drugačno okolje.

Takšen primer je bager kateri je izdelan za afriški in skandinavski trg. Vemo, da se temperature in delovne razmere v omenjenih področjih krepko razlikujejo. Prav tako je s proizvodnjo avtomobilov, ki so namenjeni za različen trg.

Na sliki 2.7 je prikazano kako sta uporabnik in izdelek povezana glede na videz izdelka.

(38)

12

Slika 2.7: Izdelek v odnosu z uporabnikom v povezavi z videzom [1]

Naloga konstrukterjev je, da najprej dobi čim boljše rešitve za uresničitev želj kupca, potem pa te želje tudi umesti v razvoj izdelka. Industrijski oblikovalec ima pa tu nalogo, da naredi obliko izdelka katera zadovolji želje kupcev. Pravilen postopek izbire pravilne oblike je takšen, da se ta izbere že na začetku, kadar se izdelek konstruira. Med razvojno- konstrukcijskim procesom je potrebno upoštevanje razvojnih faz saj so le te med seboj tesno povezane in zelo vplivajo ena na drugo. Končni videz izdelka določimo v sklepni fazi-faza razdelave. Pri razvijanju novih izdelkov je naloga konstrukterjev ta, da se najde takšna rešitev, ki je za doseganje potrebnih tehničnih lastnosti izdelka najboljša.

Najpomembnejši odnos med uporabnikom in izdelkom se pojavi na področju videza izdelka.

Tu je pomembno videzno dojemanje, ki ga delimo v naslednje skupine:

 Dojemanje, ko človek med skupino več predmetov izbere enega in tega bolj detajlno pregleduje

 Dojemanje na način spoznanja že prej znanih lastnosti. Predmet potem človek opredeli na lastnosti.

 Analitično dojemanje: opazovanje predmeta v detajle

(39)

13 Slika 2.8: Vrednost na področju estetike izdelka [1]

Na komercialno vrednost izdelka zelo vplivajo čustva uporabnika katera izzove predvsem oblika izdelka. Kar se tiče tehnične vrednosti je pa vedno le povezava z izpolnitvijo zahtev kupca oziroma uporabnika. Povezava teh je na koncu ekonomska vrednost.

Dojemanje izdelka lahko razdelimo na dve skupini:

 Čutno

 Informacijsko

Dopadljivost je lastnost s katero opišemo izdelek kot lep-grd, prijetnega videza,...

Informacijo, ki jo uporabnik dobi od izdelka jo uporabi za to, da ugotovi namembnost nekega izdelka. Bolj podrobne informacije o izdelku pa lahko človek zazna z različnimi barvnimi kombinacijami ali enobarvnimi površinami kot na primer rdeče-bela kombinacija poševnih črt za varnostne označbe oziroma označbe omejenega gibanja. S tem pridemo do glavne naloge industrijskega oblikovalca. Ta pa je čim boljše upodabljanje vseh teh sporočil izdelka, katera kasneje zaznava uporabnik.

2.7 Reciklaža in varčevanje

Ker vemo, da so na našem planetu količine različnih materialov omejene je potrebno pri konstruiranju varčevati z materiali in čim več uporabljati materiale, ki so primerni za kasnejšo reciklažo. Postopek reciklaže je uporaben za predelovanje materialov odrabljenih predmetov. Materiale pripravimo za ponovno uporabo. Paziti je potrebno na ekonomski pritisk saj zahtevajo le izbiro materiala glede na njegovo ceno. To pa je po navadi ravno v nasprotju z izbiro materialov kateri bi bili pozneje primerni za reciklažo. Takšni izdelki po

(40)

14

svoji delovni dobi zaradi visokih stroškov reciklaže po navadi končajo na odpadih ali še slabše, odvrženi v naravi. Varčevanje materiala je močno pogojeno tudi z vzdrževanjem strojev, saj se ob pravilnem in dovolj pogostem vzdrževanju stroja krepko poveča njegova življenjska doba, kar pripelje do boljše izkoriščenega materiala. Pametno je, da so v konstrukcijskem zahtevku nekega stroja zapisane tudi zahteve o reciklaži.

Način recikliranja, ki se v industriji najpogosteje uporablja je ponovno uporabljen material ali razne prenove in remonti strojev kjer se zamenja ali popravi obrabljen del, ostalo pustimo staro in normalno deluje. Deli, ki so podvrženi obrabi in tako potrebni pogostejše menjave so predstavljeni v tabeli 2.1.

Tabela 2.1: Strojni deli-pogostost menjave

Pogosta menjava Redka menjava

Ležaji Ohišja

Tesnila Gredi

Puše Osi

Jermeni Podstavki

Verige Zaščitni sistemi

Obrabljene strojne dele, ki jih ne nameravamo obnoviti in ponovno vstaviti v stroj pa lahko očistimo in operemo ter pretopimo. S tem postopkom pridobimo nov-čist material kateri je primeren za ponovno obdelavo. Lahko ga uporabimo za enake izdelke ali pa za povsem nek drug izdelek z drugačnimi lastnostmi.

2.7.1 Ponovna uporaba potrošnih materialov za druge izdelke

Po določenem času uporabe so materiali utrujeni. Take nekateri strojni deli postanejo odrabljeni, bodisi zaradi utrujenosti materiala in s tem poslabšanja njegovih lastnosti, bodisi zaradi poškodb. Takšen strojni del oziroma stroj ni več sposoben delovati. To pa ne pomeni, da nekateri deli ali material ne bi več bili dobri za uporabo v novem stroju ali reciklažo.

Lahko pa izberemo še en način uporabe takšnih delov in sicer v napravah z manjšimi obremenitvami in kjer se opravlja lažje delo. Na primer elektronske naprave nekega dvigala, ki je odslužilo neko delo zaradi časovne omejitve, ni pa opravljalo veliko dela, lahko uporabimo na manj zahtevnih napravah.

2.7.2 Remont in prenova obrabljenih delov

Ker se zaradi obrabe raznih vrtečih se delov oz. osi na stroju povečajo zračnosti, takšen stroj ne več dosega določenih standardov kakovosti izdelave je potrebno taki stroj zamenjati ali delno prenoviti. Na primer pri prenovi stružnice je potrebna menjava vodil, merilnega sistema, ležajev, zobnikov,... medtem ko je pogonski sklop in glavno ogrodje še povsem v odličnem stanju. V takem primeru se zamenja oziroma popravi obrabljene dele, s tem

(41)

15 privarčujemo v primerjavi z menjavo celotnega stroja in ponovno dosežemo dobre lastnosti izdelkov. Takšne prenove so zelo popularne pri različnih težjih obdelovalnih strojih kjer en sistem najbolj obremenjen. [6]

2.8 Stroji primerni za pomoč pri reciklaži

Materiali, ki se zbirajo na deponijah so v zelo različnih oblikah in velikostih. Za prevoz takih materialov so potrebni tovornjaki z različnimi nadgradnjami in nosilnostjo. Ko na deponiji ločijo odpadke jih je potrebno predelati. V ta namen se uporabljajo naslednji stroji:

2.8.1 Škarje

Uporabljajo se za razrez velikih kosov na manjše, primerne za v peči. Takšne škarje morajo biti sposobne rezati pločevine v velikosti vsaj 2 m, in ustvariti rezalno moč med 20 in 25 MN

2.8.2 Preše-stiskalnice

To so stroji, ki odpadke stiskajo v manjše prostorninske pakete zaradi lažjega transporta. Z njimi se dela pakete v dimenzijah 40 x 40 x 60 cm za livarske obrate in 60 x 60 x 120 cm za jeklarske. Takšne stiskalnice imajo hidravlični pogon. Tlaki dosegajo 300 bar in več.

Dimenzije so standardne saj se takšne pakete potem stavi v peči katere imajo standardna kurišča.

2.8.3 Drobilci-mlini

Da dosežemo čimbolj čiste materiale, ki jih predelamo za ponovno uporabo se uporabljajo tako imenovani shrederji ali stroji za separacijo. Ta stroj je sestavljen iz več sklopov. Takšni stroji morajo imeti ogromno moč, okrog 3000-4000 kW, proizvesti pa morajo tudi več kot 1 M ton odpadnega železa v enem letu.

2.8.4 Magneti za ločevanje kovin iz granulatov

V transportnem traku, ki drobljen material transportira in drobilcev je vgrajen sistem z močnim magnetom. Na spodnji sliki je prikazan potek ločevanja kovinskih delcev in drobljenega materiala.

(42)

16

Slika 2.9: Izločevanje kovinskih delcev s pomočjo magneta [1]

2.8.5 Mlini za staro železo

Veliko odpadnih delov iz železa je v takšnih dimenzijah, ki niso primerne za transport. V ta namen se uporablja mline za železo. To so konusni drobilniki, katerih glavni sestavni del je vertikalni rotor. Mlin deluje na po spodaj opisanem postopku:

 Predelava v šrot

 Mletje s ploščami, ki se vrtijo

 Mletje zdrobljenih kosov v vedno manjše delce

2.8.6 Separacija v bazenih

Pri tem procesu se uporablja fizikalno sortiranje materialov in sicer tako, da se v bazene polne tekočine natrosi mlete materiale. Lažji materiali priplavajo na vrh, težji pa potonejo na dno. Potem iz vrha odstranimo lažje materiale, izpraznimo tekočino in iz dna bazena odstranimo še težje materiale-kovine, ki potonejo.

2.9 Pravila pri konstruiranju v povezavi z reciklažo

Pri vsakem industrijskem procesu in izdelavi se pojavi velika količina odpadkov. Ob struženju oziroma rezkanju nastane veliko ostružkov, pri vlivanju izdelkov nastanejo odpadni deli iz odduškov,... Naloga konstrukterja pri je to, da nek strojni del oziroma izdelek skonstruira na tak način, da pri njegovi izdelavi nastane čim manjša količina odpadkov. Pri odrezovanju mora biti prostornina odpadnega materiala kar se da majhna,...

(43)

17 Če v razvojnem procesu dosežemo zelo majhno količino odpadnega materiala pri reciklaži nekega izdelka to pomeni tudi boljše lastnosti prihodnjih izdelkov, ker bo material manj predelan in recikliran. Pri konstruiranju novega izdelka je bolje uporabiti manj različnih materialov, saj s tem povečamo možnost reciklaže.

2.10 Pravila pri vzdrževanju strojev

Po določenem času uporabe strojev so nekateri potrebni prenove oziroma reciklaže. S tem jih pripravimo na nadaljnje delo ali pa jim tudi spremenimo namembnost. Najcenejši in najenostavnejši način obnavljanja strojev je redno in kvalitetno vzdrževanje in servisiranje v primeru kakšne manjše okvare. V primeru večjih okvar je pri nekaterih primerih potrebna celovita prenova-remont stroja. Takemu popravilu pravimo tudi »generalka«. Takšno popravilo omogoča odpravo večjih stroje lomov in delov strojev kateri onemogočajo točnost delovanja. S tem dosežemo daljšo življensko dobo delovanja stroja. Do takih popravil pride zaradi različnih razlogov, na primer:

 Korozija

 Obraba

 Vrteči deli niso bili mazani

 Zračnost v členih verig

 Obraba jermenov

 Ostalo

Pri prenovah strojev pa moramo biti zelo pazljivi. V primeru čiščenja je potrebno temeljito očistiti vse manjše špranje in odprtine, pri menjavi zobnikov moramo posebno pozornost posvetiti večjim zobnikom saj lahko hitro po pomoti zamenjamo zobnik s številom zob 60 in na primer 62. Pri takšnih opravilih ima človek zelo velik vpliv. Slika 2.10.

Slika 2.10: Vpliv človeka na tehnični sistem [1]

(44)

18

V vsakem procesu oz. pri delovanju stroja je človek odgovoren za upravljanje s strojem. Na stroju upravlja s funkcijami in ukazi. Njegova naloga je tudi spremljanje in kontroliranje kakovosti izdelkov, ki morajo dosegati zahteve kupcev. Vsak stroj pa mora uporabniku nuditi ergonomsko ugodje in biti človeku čimbolj prilagodljiv.

2.10.1 Vrednotenje ležajev

Pri remontu strojev je zelo pomembno pravilno izbirati obrabljene komponente. Med najbolj občutpljive spadajo ležaji. Zelo se razlikujejo glede na premer gredi in njihovih vgradnih mer. Ležaje uporabljamo za ustrezno prenašanje obremenitev pri vrtečih se delih. Ločimo jih glede na smer obremenjevanja in kakšno vrsto obremenitev prenašamo.

V primeru uporabe drsnih ležajev moramo posebno pozornost posvetiti vrtilni frekvenci n, saj ima ta velik vpliv na mazanje drsnega ležaja. [7]. Na sliki 2.11 in 2.12 sta prikazana drsni in kroglični ležaj.

Slika 2.11: Drsni ležaj [7]

Slika 2.12: Kotalni ležaj [7]

(45)

19 V tabeli 2.2 je prikazana razdelitev ležajev glede na obremenitev, ki jo prenašajo in trenje.

[7]

Tabela 2.2: Vrste ležajev [7]

Vrsta bremenitve Vrsta trenja

Kombinacija Kotalni ležaji

Aksialna Drsni ležaji

Radialna Drsni ležaji

»Statična nosilnost je tista aksialna ali radialna obremenitev, ki jo prenese 90% ležajev in povzroči skupno plastično deformacijo kotalnih elementov v velikosti 0,01 % premera kotalnega elementa«.

Pri ležajih je potreben izračun ekvivalentne obremenitve po enačbi (2.1). Pri čemer je:

x0 in y0 ... konstanti ležaja

S pomočjo enačbe (2.2) pa preverimo še če je dobljena obremenitev manjša kolikor znaša dopustna obremenitev v kateri je upoštevan varnostni faktor 𝜈.

(2.2)

2.11 Ergonomska lastnost uporabnika

Sama beseda ergonomija izvira iz grških besed »ergon« , ki pomeni delo in »nomos«, ki pomeni načelo oziroma zakon. Njun skupek pa pomeni delo načela ali delo zakona.

To je veda, ki preučuje reakcije ljudi pri raznih obremenitvah. Glavni predmet v raziskavah ergonomije je človek. Njena glavna naloga je človeku prilagoditi delovno mesto čimbolj v njegovo naravno pozicijo oziroma držo. Človeku zagotavlja zdravje in s tem povečano produktivnost zaposlenega, kar pa se odraža v uspešnosti podjetja. Prednosti in nameni ergonomije [8,9]:

 Višja raven ustvarjalnosti v podjetju

 Ohranja ali celo izboljšuje zdravje

 Višja raven motiviranosti

(2.1)

(46)

20

 Osebna uspešnost

 Razvijanje družbe

 Povečana kvaliteta življenja

 Izboljšuje držo telesa

2.12 Delovno okolje

Zelo pomemben dejavnik za uspešno delo delavcev je ergonomsko oblikovano delovno mesto (slika 2.13). To za delodajalca pomeni nižje stroške, za delavce pa dobro počutje. Za dober ergonomski položaj človeka na delovnem mestu je potrebno sledeče:

 Velikosti delovne površine

 Telesni položaj

 Telesna višina

 Vidno polje človeka

 Osvetljenost

 Razporeditev delovnega mesta

Nepravilna uporaba raznih pripomočkov pri delu, nepravilni gibi, utrujenost delavcev, izpostavljenost delu z visoko stopnjo vibracij lahko na delavce pustijo posledice na daljši rok saj lahko povzročijo delovno nezmožnost.

Slika 2.13: Pravilen položaj delavca in računalniškega ekrana [8]

Tudi v fazi projektiranja robota smo upoštevali ergonomske lastnosti uporabnikov. Vse komponente stroja, ki se uporabljajo za spreminjanje delovanja oziroma za vklop in izklop stroja morajo biti postavljene na mestu do katerega uporabnik dostopa brez nepotrebnega napora.

(47)

21

3 Raziskave in razvijanje robota

3.1 Funkcije robota

Glavna funkcija robota je avtomatsko krmljenje živine s samodejnim doziranjem. Kot dodatno funkcijo smo dodali primikanje krme na živini bolj prijazno razdaljo in z obstoječimi komponentami dodano funkcijo čiščenja krmne mize. Krma je v našem primeru že pripravljena in zmešana z dodatnimi živili in vitamini, zato je naš robot brez integriranega mešala oziroma mikserja.

Slika 3.1: Krmna miza brez približevanja krme na doseg živali

(48)

22

Slika 3.2: Dimenzije krmne mize [10]

Na zgornji sliki so prikazane idealne dimenzije krmne mize za živino. Pri tem je največji problem, ker se krma po navadi ne dovolj približa do živali. Po daljšem premisleku smo se dogovorili kako bomo rešili ta problem. Znane so bile širine krmnih miz in sicer 1,6m in 3m.

Drugi problem pa je bil čiščenje krmne površine. S plugom katerega smo določili za primikanje krme bližje živini smo poiskali rešitev še za nalogo čiščenja. To smo dosegli na ta način, da smo omogočili premikanje in s tem širjenje in oženje pluga.

3.2 Konkurenčni izdelki

Da bi bili pri našem izdelku čimbolj uspešni smo najprej temeljito pregledali kakšne rešitve in kaj ponujajo konkurenčni priznani proizvajalci. Hitro smo ugotovili, da večina ponuja avtomatsko doziranje krme. Nekaj jih ima tudi funkcijo primikanja vendar ne najbolj dovršeno. V večini primerov je primikanje izvedeno s pomočjo drugih priključkov nameščenih na traktor. To pa pomeni dodaten delovni stroj in človeka, ki ta stroj upravlja.

Funkcije čiščenja pa nismo zasledili pri nobenem proizvajalcu.

(49)

23

3.2.1 Lely-vector

Proizvajalec Lely ima model vector kateri je popolni robot. Kar se tiče vodenja se nam je zdel primeren, bilo pa bi potrebnega ogromnega programiranja in dragih senzorjev.

Slika 3.3: Lely-vector [11]

3.2.2 Aramis II-hetwin

Aramis-ov model hetwin je na način premikanja po tračnici pritrjeni na strop lažje izvedljiv.

Ima zelo dober plug za primikanje krme, ne pa omogoča čiščenje krmne površine.

Slika 3.4: Aramis II-hetwin [12]

(50)

24

3.2.3 DeLaval Optimat

Francoski proizvajalec Delaval ponuja prav tako dober način doziranja krme s pomočjo tekočega traku in primikanja z dvižnim plugom. Dvižni plug tudi tukaj omogoča le primikanje, ne pa tudi čiščenja krmne površine.

Slika 3.5: DeLaval Optimat [13]

Bili smo tudi na nekaj sejmih kmetijske opreme in videli določene prednosti oziroma slabosti posameznih robotov za krmljenje.

3.3 Funkcionalnost

Glavne funkcije našega robota:

Iz zgornjega diagrama so razvidne glavne funkcije našega robota. Največji izziv je predstavljala rešitev kombinacije primikanja krme in čiščenja krmne površine. Varnostni sistem smo izdelali s pomočjo izkušenj iz drugih naprav.

Avtomatsko doziranje

krme

Primikanje krme

Čiščenje krmne mize

Varovanje živine med obratovanjem

Nahranjena živina Krma

(51)

25

3.4 Iteracija 1

Problem:

 Nesimetričnost robota zaradi postavitve reduktorjev in elektromotorjev

Pozicija elektromotorjev in reduktorjev je bila v začetku mišljena ob strani robota, da bi imeli spodaj kar se da veliko prostora za pritrditev sistema primikanja krme in čiščenja krmne mize. Ta izvedba bi bila iz vidika konstruiranja zelo dobrodošla in enostavna.

Problem se je pojavil z estetskega vidika. Nikakor nismo uspeli robota oblikovati na takšen način, da bi bilo to sprejemljivo z oblikovalskega vidika. Robot bi bil širok in nizek.

Slika 3.6: Stranska pozicija elektromotorjev in reduktorjev

Rešitev:

Elektromotorje in reduktorje smo se morali postaviti na spodnjo stran robota. To je popolnoma spremenilo naše ideje kako bomo izvedli pritrditev sistema za primikanje krme in čiščenja krmne mize. Ko smo imeli znane dimenzije elektromotorjev in reduktorjev smo lahko vstavili njihove modele v modelirnik in jih točno pozicijonirali. V primeru postavitve ob strani bi bil robot širši za 300 mm. S tem bi se pojavila tudi potreba po zamiku zgornjega vpetja robota izven središčne lege. Povsem bi porušili tudi težišče. Postavitev elektromotorjev in reduktorjev na spodnjo stran robota omogoči simetričnost celotnega robota.

(52)

26

3.5 Iteracija 2

Problem:

 Oblika sprednjega pokrova vrat in sistema za doziranje krme levo oz. desno

 Delilna ravnina stranskih pločevin

 Material pokrova vrat Rešitev:

 Sprednji pokrov

Ker imamo na robotu možnost doziranja krme levo in desno s pomočjo premične plošče smo hoteli s sprednjim pokrovom in vrati prekriti celotno sprednjo stran robota. V ta del je bilo potrebno umestiti vse komponente in jih tako pozicijonirati, da bo vse prekril pokrov.

Odločili smo se da bo pokrov iz enega dela kateri bo pokrival celotno višino stroja.

Slika 3.7: Sprednji pokrov iz enega dela

 Delilna ravnina stranske pločevine

Stranski pokrov je zelo velik. Glavni problem se pojavi pri dobavi formatov pločevine.

Odločili smo se, da pokrov razdelimo na dva dela. Pravilno je bilo treba izbrati kje bo potekala delilna ravnina. Prva ideja je bila o delitvi poševno čez sredino stanske pločevine.

(53)

27 Slika 3.8: Delitev stranske pločevine po sredini

Glede zmanjšanja formata pločevine je bila rešitev pozitivna. Pri tem pa nastaneta dva nova problema:

 Nesimetričnost

 Zahtevna izdelava (rezanje na laserju, dolžina vara za spajanje)

Rešitev:

Zaradi simetričnosti in formata pločevine smo se odločili za naslednjo varianto. Stranski pokrov ima površino več kot 2 m², zato smo ga razdelili spodaj. S tem smo dosegli manj rezanja, varjenja in glajenja površine. Delilna ravnina poteka po rdeči črti na spodnji sliki.

Slika 3.9: Delitev stranske pločevine na dva dela

(54)

28

Želja je bila po nekoliko bolj sodobni in preprosti obliki celotnega robota. Industrijska oblikovalka nam je predlagala sledeče:

Slika 3.10: Simetrična oblika

 Material pokrova vrat

Pokrov vrat smo želeli oblikovati sodobno a hkrati ne zahtevno za izdelavo. Možnosti je bilo več. Prva možnost je bila ta, da je celoten rob po višini ukrivljen z radijem 40-50 mm, kar se ni izkazalo za dobro rešitev, ker bi moral biti zgornji del brez zaokrožitve. V primeru izdelave takšnega pokrova nastane težava zaradi krivljenja okroglih. Nameravali smo narediti radij med 70-90 mm. Izdelali bi ga na stroju za krivljenje s pomočjo 8-10 enakih zaporednih krivljenj na način kot so izdelani stebri gondolskih oziroma žičniških naprav. Na takšen način pa se nikakor ne bi mogli izogniti stopničastemu izgledu, kar estetsko ne bi bilo sprejemljivo.

Slika 3.11: Pokrov s stranskim radijem

(55)

29 Slika 3.12: Pokrov z radijem na sprednji strani

Za takšno izvedbo se po pogovoru z industrijsko oblikovalko nismo odločili. Pojavila seje ideja o termoformiranju ali bolj znano v angleščini vacuum forming. Ker gre v tem primeru za ne standardni del, je izdelava zelo draga.

Cena takšnega pokrova bi bila še sprejemljiva saj je ponudnik dal ponudbo za 150 €. Morali bi pa plačati dodatnih 1350 € za izdelavo kalupa, kar pa nikakor ne pride v poštev.

Dodaten razlog, da se nismo odločili za ta postopek je tudi v tem, da bo robot uporabljen v kmetijstvu in mora biti še toliko bolj robusten in odporen na zunanje vplive. Končna rešitev se je pokazala v klasičnem pločevinastem krivljenem pokrovu vrat. Da robot ne bi deloval monotono in dolgočasno smo pokrov vrat oblikovali nekoliko bolj privlačno. Stranski pokrovi so ravni, zato smo sprednji pokrov vrat želeli narediti drugačen. Izbrali smo možnost z nekoliko izbočenimi ploskvami. Na ta izbočen del pa bo tudi vgrajen LCD zaslon za upravljanje stroja.

3.6 Iteracija 3

Problem:

 Iskanje zunanje oblike za postavitev LCD zaslona

 Zapiranje vrat

 Zaščita notranjosti vrat

 Sprednja in zadnja varnostna pločevina

Rešitev:

 Zunanja oblika za postavitev LCD zaslona

(56)

30

Zunanja oblika pokrova vrat mora ustrezati postavitvi LCD zaslona ter stikal. Glede na prve izdelane modele bi bilo zaslon in stikala najlažje namestiti na vrh pokrova vrat.

Slika 3.13: Postavitev LCD zaslona v zgornjem predelu vrat

Iz vidika izdelave in montaže to ne bi predstavljalo težav. Glavna slabost pri tem se pojavi, da so stikala in zaslon postavljeni v višini skoraj 2 m od tal. To pa pomeni, da je zaslon neuporaben in robot deluje nesimetrično. Rešitev tega problema se je pojavila v pokrovu vrat s srednjim robom. Še vedno pa je zaslon postavljen zelo visoko in usmerjen malo navzgor.

Slika 3.14: Oblika pokrova vrat z bolj simetričnimi linijami

(57)

31 Na ta način je pokrov vrat izgledal bistveno bolje. Tudi iz vidika simetričnosti smo tu naredili velik korak naprej. V primeru postavitve zaslona in stikal na spodnjo ploskev pokrova se pojavi nov problem nesimetričnosti. Zgornja ploskev ostane preveč prazna.

Pokrov smo tako razdelili na 3 ravnine. S tem rešimo problem nesimetričnosti in postavitev zaslona ter stikal nekoliko nižje:

Slika 3.15: Oblika z ravno ploskvijo na sredini vrat

Med samim konstruiranjem pokrova vrat se je bilo potrebno osredotočiti na dejansko višino na kateri bo postavljen LCD zaslon in glavno stikalo, merjeno od tal navzgor. Izbrati smo morali neko kompromisno višino, saj se višine hlevov med seboj razlikujejo. To pa za vsak hlev pomeni različno oddaljenost robota od tal.

Povprečna višina ženske populacije znaša 160 cm, povprečna višina moškega pa 170 cm. Iz teh dveh podatkov sledi povprečje, torej 165 cm [14].

Med izbiro zunanje oblike smo s pomočjo industrijske oblikovalke pozornost posvetili tudi barvni kombinaciji celotnega stroja. Barve smo izbirali na način da ne bi bile v hlevih preveč tuje, hkrati pa mora stroj delovati sodobno in že na prvi pogled privlačno. Izbrali smo končno obliko sprednjega pokrova (slika 3.16).

(58)

32

Slika 3.16: Skice končne oblike

Obliko pokrova vrat smo spremenili v malo bolj sodobno brez zaokrožitev. Ravne linije in ploskve tako dobimo le s krivljenjem pločevine.

 Zapiranje vrat

Določili smo, da se bodo vrata odpirala po principu hišnih vrat, torej levo ali desno s pomočjo pantov. Najprej smo želeli uporabiti lahke pante iz umetne mase. Glede na nosilnost smo izbrali pante iz kovine. Po obliki takšne, ki se utopijo v material in so nevidni (slika 3.17). Z uporabo takšne vrste pantov se izognemo tudi nepotrebni razdalji, ki bi se pojavila med vrati in ostalim delom robota zaradi montaže klasičnih pantov. Ta razdalja bi bila med 15 in 30 mm, odvisno od velikosti uporabljenih pantov.

(59)

33 Slika 3.17: Izbrani panti za vrata

Izbrati smo morali tudi sistem za zaklep vrat, da se ta ne bi o nepotrebnem odpirala. Kot najlažjo in najcenejšo možnost bi v poštev prišel mehanizem, kakršen se uporablja za zapiranje in zaklep arhivskih omar. To opcijo smo izključili, ker je ta mehanizem sestavljen iz dolgih vzvodov po celotni višini vrat.

Na spletu med ogromno različnimi ponudniki vseh vrst zaklepov se je ponudil majhen a močan zaklep (slika 3.18). Zanj smo se odločili na podlagi njegove funkcije glede na težo.

Slika 3.18: Zaklep za vrata

(60)

34

 Zaščita notranjosti vrat

Notranjost vrat mora biti zaščitena pred premetavanjem krme saj je tu nameščena skoraj vsa elektronika in električne komponente. Tu se je pojavila glavna prednost v izbiri pločevinastega pokrova vrat. V primeru, da bi bil ta iz plastike, bi morali v notranjosti vrat izdelati še dodaten okvir iz profilov kateri bi držal celoten plastični pokrov. Dodatno bi morali na zadnji strani vrat namestiti pločevinasto ploščo katera preprečuje vdor krme v področje elektro napeljave. To ploščo smo dodali tudi v primeru pločevinastega pokrova, vendar brez težav in vmesnega okvira.

 Sprednja in zadnja varnostna pločevina

Glavni poudarek glede varnosti je pri takšnem stroju na področju varovanja ljudi. V kmetijstvu vemo, da zelo radi sodelujejo tudi najmlajši člani-otroci. Na sprednji in zadnji strani robota smo morali zagotoviti varnostni sistem, ki ob dotiku človeka ali živali začasno ustavi delovanje stroja. Izdelali smo varovalo oblikovano glede na pokrov vrat stroja, da ne bi pretirano izstopala (črno-rumena pločevina na sliki 3.19). Ta ima funkcijo majhnega pomika v vzdolžni smeri. Ko se robot nasloni na oviro se plošča pomakne in stroj v hipu ustavi. Ob sprostitvi delovanja sile na zaščitno ploščo, stroj ponovno deluje. Enak sistem je uporabljen na sprednji kot na zadnji strani robota, saj se premika naprej in nazaj.

Slika 3.19: Varnostna pločevina

Izbrana oblika varnostne pločevine je primerna tudi zaradi tega, ker v primeru dotika s človekom ali živaljo ne povzroči nepotrebnih poškodb saj nima ostrih robov. Pločevina je oblikovana enako za montažo na sprednjo stran stroja, kot na zadnjo. Spremeni se le položaj pločevine glede na smer premikanja stroja. V obeh primerih pa opravlja enako funkcijo hitre zaustavitve stroja.

(61)

35

 Glavno stikalo in gumb za izklop v sili

Za lažje in hitrejše modeliranje smo za nekatere strojne dele najprej naredili skice. S tem se izognemo morebitnemu popravljanju napak pri napačno zastavljenem modelu. Modelirali smo v programskem okolju Inventor ter nekaj v Solidworks-u.

Nekatere komponente kot so na primer gobasto stikalo za izklop v sili in glavno stikalo za vklop napajanja smo najprej kupili in jih natančno izmerili. S tem smo pridobili pomembne podatke o dimenzijah. Tako imamo manj dela pri določanju odprti in izrezov za njihovo pritrditev. Pri položaj LCD zaslona in stikal na pokrovu vrat smo naredili dve varianti:

 Enostavnejša izvedba robota brez LCD zaslona samo stikali na vratih

 Zahtevna in naprednejša izvedba robota z vgrajenim LCD zaslonom in stikali ob straneh zaslona

Na pokrovu vrat je bilo poleg LCD zaslona potrebno namestiti gobasto stikalo za izklop v sili (slika 3.20) in glavno stikalo za vklop napajanja (slika 3.21).

Slika 3.20: Gobasto stikalo za zasilni izklop v sili

(62)

36

Slika 3.21: Glavno stikalo za vklop napajanja.

Na naprednejši izvedbi robota smo stikali razporedili na levo in desno stran LCD zaslona.

To pomeni lepši izgled in boljši razpored stikal, da v primeru potrebe po zasilnem izklopu takoj vemo kje se nahaja gobasto stikalo.

(63)

37

4 Rezultati in diskusija

4.1 Vpliv izbire komponent na zunanjo obliko robota

Na zunanjo obliko robota je najbolj vplivala izbira reduktorjev in elektromotorjev. Po njihovi montaži in kasneje zamenjavi z močnejšimi je bila v določeni meri na osnovi testa funkcionalnosti potrebna sprememba tehničnega sistema in s tem pravilna izvedba montaže spodnjega dela robota ter vrat.

Slika 4.1: Uporabljen reduktor Bonfiglioli

Sprememba velikosti reduktorja in elektromotorja je povzročila kar nekaj sprememb. Večji elektromotor je segal v področje tekočega traku. Obvezna je bila sprememba spodnjega ogrodja robota, prav tako pa so bile potrebne spremembe pri oblikovanju.

(64)

38

4.2 Delilna ravnina stranske pločevine

Izbrana delilna ravnina pločevine (slika 4.2) za stranski pokrov se je izkazala za ustrezno rešitev. Stranski izgled robota je tako popolnoma simetričen. Na ta način smo se izognili odvečnemu varjenju in kitanju pred barvanjem. Prav tako pa so tudi velikosti stranskih pločevin ustrezne za izdelavo iz standardnih formatov pločevin velikosti 2000 mmm x 1000 mm.

Slika 4.2: Stranska pločevina

4.3 Zaobljeni robovi pločevin

Vsi pokrovi in pločevine so izdelani tako, da imajo robove zakrivljene za 180 °. S tem smo dosegli ojačitve brez dodatnih nosilcev in se izognili raznim urezninam ter odrgninam pri rokovanju s strojem.

4.4 Izbira pantov

S pravilno izbiro pantov smo dosegli, da se vrata naslonijo na ostali del robota. Na ta način dosežemo manjšo režo. Za popolno tesnjenje se bo na to mesto dodalo še tanjše gumijasto tesnilo. Izvedba pantov omogoča tudi ustrezno nastavljanje in s tem pozicijoniranje vrat za zapiranje in sledenje obliki.

(65)

39

4.5 Končna oblika robota

Kot smo že uvodoma omenili je oblikovanje pomemben vidik razvoja sodobnih izdelkov.

Končna oblika, ki je nastala v sodelovanju z industrijsko oblikovalko odraža robustnost, zanesljivost, varnost pri uporabi in dovršenost oblike. Prav tako izvedena oblika zagotavlja zanesljivo izvedbo osnovnih funkcionalnosti in povezljivosti z ostalimi elementi sistema krmljenja. Po izbiri končne oblike robota je bilo potrebno oblikovati še napis (slika 4.3).

Možni sta dve opciji. Po umestitvi modela robota v okolje je jasno razvidno, da je napis v treh vrstah bistveno bolj viden (slika 4.4). Zaradi tega smo se zanj tudi odločili. [15,16]

Slika 4.3: Končna oblika robota z napisom v eni vrsti

Slika 4.4: Končna oblika robota z napisom v treh vrstah

(66)

40

Izkazalo se je, da smo pri višini postavitve ekrana in glavnih stikal izbrali pravi kompromis.

Višina 165 cm je po prvih testiranjih ustrezna. Uporabnik tako brez kakršnih koli problemov pogleda na ekran, spreminja parametre delovanja in upravlja z glavnim stikalom stroja.

 Različne izvedbe robota

Uporabnik ima možnost izbire med klasično in napredno izvedbo robota z LCD zaslonom.

a) Klasična izvedba je za uporabo nezahtevna in ponuja manj funkcij ter spreminjanja parametrov delovanja.

b) Napredna različica robota ponuja uporabniku vpogled v nastavljene parametre delovanja robota na LCD zaslonu občutljivemu na dotik. Preko zaslona lahko tudi spreminja vse parametre. Poleg zaslona sta pa še stikali za vklop napajanja in izklop v sili. Je pa takšna različica robota temu primerno dražja.

Slika 4.5: Klasična in naprednejša izvedba robota z LCD zaslonom

 Izbrani materiali in tehnologija

Pri izbiri materialov smo največ pridobili s tem, da smo sprednji pokrov vrat izdelali iz pločevine. V primeru, da bi bil ta iz plastike bi se na njemu hitro poznali znaki uporabe.

Tudi iz vidika pritrditve sistema za hitro zaustavitev stroja je bolj praktičen pokrov iz pločevine. Če bi pokrov izdelali iz plastike bi se pojavil problem tudi pri barvanju, saj bi težko izbrali enak odtenek barve za pločevino in plastiko. Prednost pokrova iz pločevine je povezana tudi s tehnologijo izdelave. Oblika je tako oblikovana, da se pločevino najprej izreže na laserskem rezalniku, potem pa brez dodatne obdelave na določenih mestih ukrivi na klasičnem stroju za krivljenje pločevine. Področja kjer je potrebno varjenje so varjena s postopkom točkovnega varjena, da v material vnesemo čim manj zaostalih napetosti [17]