UNIVERZITET U TUZLI – MAŠINSKI FAKULTET

Mehatronika

Virtualni dizajn u Mehatronici

S E M I N A R S K I R A D

Kanta za smeće sa senzorom

Tuzla 02.10.2010 Adisa Vildić

III-60/05 SADRŽAJ:

1. Uvod.......................................................................................................................

3

2. Stanje tehnike.........................................................................................................

4

3. Tehnički problem...................................................................................................

4

4. Prijedlog novog dizajna......................................................................................... 5

5. 3-D prikaz automatske kante za otpad...................................................................

6. 2-D sklopni crtež....................................................................................................

6

7

7. Specifikacija ugradbenih komponenti i uređaja.....................................................

7

8. Analiza predložnog uredjaja.................................................................................. 12

9. Nedostatci predloženog uredjaja............................................................................

13

10. Moguci koraci ka optimizaciji............................................................................... 13

11. Ostala područja primjene dizajna......................................................................... 14

12. Zakljucak...............................................................................................................

13. Popis slika..............................................................................................................

14. Popis tabela............................................................................................................

15

16

16

15. Literatura...............................................................................................................

17

2

1. UVOD

Kante za smeće postoje da bi se u njih moglo odlagati smeće i da ne bi došlo do zagađenja naše okoline. Postoje razne vrste kanti koje se koriste po kućama, javnim ustanovama, putevima..itd. Neke se koriste isključivo za odlaganje hrane,druge za papirni otpad, plasiku i staklo. Osim kante, koriste se i kontejneri koji služe za krupan otpad i nikada ih necemo naci u domovima, baš zbog njihove veličine, ali i zbog načina odlaganja otpada. Na slici je prikazana kanta za otpad :

Slika 1.1. Primjer obicne kante za otpad (www.google.com)

Iz ovog, kao i iz mnoštva drugih razloga, došli smo do ideje da napravimo kantu za smeće, čiji će se poklopac sam otvarati kada mu se približi neki predmet. To se postiže na taj način, što se ugradi senzor, koji ce da reaguje kada mu se predmet bribliži, i obrnuto. To je senzor blizine. Osnovna namjera je bila da približimo problematiku upravljanja otpadom iz domacinstva, posebno sa osvrtom na mogucnosti i potrebe njegovog iskorištenja umjesto ogranicenih i skupih prirodnih resursa. Neke vrste otpada koje nastaju usvakom domacinstvu su opasne i za ljudsko zdravlje i za okoliš. Stare baterije, ulja, akumulatori, antifriz, boje i lakovi, lijekovi, a cesto i ambalaža u kojima su bili upakovani predstavljaju opasni otpad koji ne bi trebalo odlagati u uobicajene posude za smece ili bacati u kanalizaciju.

3

2. STANJE TEHNIKE

Stanje tehnike je takav da su automatske kante za smece zastupljene u sve većem broju, čime zamjenjuju obicne kante i plasticne vrecice, a samim tim i prljanje ruku. Osnova za ideju o automtskoj kanti za smece je dala obicna kanta za smece.Obicna kanta za smece pretstavlja mehanizam koji je sačinjen od poklopca i kućišta. Namijenjena je za je namjenjena za bacanje smece cijom prilikom moramo podignuti poklopac. Poklopac je sa kućištem čvrsto vezan.

Osnovni oblik sadžiu kućistu elektromotor koji je povezan sa drskama koje drze poklopac koje podizu poklopac pod uglom od 90◦ . Nakon senzorskog uključivanja elektromotora pocinje vrtnja osovinica a samimi time se podize poklopac do odgovarajućeg ugla i dolazi do otvaranja poklopca. Nakon bacanja odpatnog materijala poklopac se ponovo spušta. Tu smo postavili taokodjer granicnike za podizanje poklopca , da nebi doslo do preopterecenja motora i da nebi doslo do habanja osovinica i drski koje drze poklopac Zbog jačine samog motora odnnosno brzine spustanja poklopca , koji je napravljen od plastike nece doci do habanja poklopca ili njegovih podizaca. Ideja je bila prvenstveno da se ekoloski osvjestimo i da sprijecimo doticanje i otvaranje poklopca koji uvjek ima na sebi bakterije , bez obzira na njegovo svakodnevno ciscenje, i takodje kada imamo pune ruke odpadnog materijala samo se priblizmo i poklopac se digne i bacimo otpad. Takodjer smo ugradili i vremenski relej koji ce nakon tri sekunde podici poklopac , te ga drzati podignutim u vremenu od 15 sekundi pod uglom od 90 stepeni .

3. TEHNIČKI PROBLEM

Osnovni tehnički problem kod Automatizovane kante za smece predstavlja sensor za citanje , jer naime svaki put kad bi neko prosao pored kante za smece desavalo bi se da se kanta otvori , Samim tim ne mozemo uticati na polozaj senzora ili kante u kuci , jer ce se uvjek desavati da nesto pokrene senzor i kanta bi se otvarala, samim tim bi doslo do brzeg trosenja baterija , te sirenja neugodnih mirisa iz kante.Te zbog toga smo odlucili ubaciti vremenski relej koji bi nakon 3 sekunde , nakon sto prislonimo ruku otvarao poklopac i 3 sekunde poslije , da ga zatvori, te

4

smo u tom slucaju izmjestili senzor sa strane kante, te je zbog toga lakse nogom prici do senzora , i poklopac ce se sam otvoriti , naime drugi problem takodjer bi bio baterija koja napaja sistem , jer baterija nije dug vijek trajanja, pa smo takodjer ubacili izlaz za adapter od 9V za direktan prikljucan na struju.

4. PRIJEDLOG NOVOG DIZAJNA

Predlog novog dizajna je nastao iz ideje o usavršavanju već postojećeg dizajna odnosno sistema automatske kante . Novi dizajn bi bio ustvari usavršeno ili redizajniran oblik već postojećeg sistema. Dodavanjem mehatroničkih komponenti povećavao bi se stepen automatizacije. Naime klasična kanta za smece koja u sebi sadrži senzore blizine koje omogućavaju automatsko podizanje poklopca, omogućava cesto podizanje i spustanje poklopca Razlog toga je upravo sensor blizine koji očitava prepreku ispred sebe I na nju reaguje nakon 3 sekunde I automatski dolazi do pokretanja mehanizma I poklopac se podiže. Uzimajući u obzir faktor da ovakva automatski regulisana kanta zamjenjuje ljudski dodir sa kantom , onda se može reći da je ekoloski i ergonomski pozitivna stvar. Uzimajući u obzir da sensor kji se nalazi na takvom uređaju je sensor blizine koji čitava samo prepreke koje se nalaze ispred njega, a ne pravi razliku izmedju objekta i covjeka, onda je to negativna strana ovog mehanizma odnosno sistema.

Ova automatska kanta za smece ne samo da sluzi sigurnosti od raznih infekcija nego od stalnog kontakta sa poklopcem kante, kanta bi se mogla koristiti i na parkinzima velikih firmi, čime bi se reducirale nastanak guzvi i problema prilikom bacanja naplatnih racuna i ostalog otpada. Sistem rada našeg novog dizajna je jednostavan, što je osnovni faktor. Klasične automatski regulisane kante imaju ugradjene senzore blizine koje nakon pojave objekta ispred senzora odmah podizu poklopac te šalje impuls na upravljački sistem i ovaj pokreće sa elektromotorom poklopac te se otpad moze bacit. Novi dizajn je jednostavnom rekonstrukcijom odnosno dodavanjem vremenskog releja koji ce nakon 3 sekunde podizat poklopac. Cinjenica je da u zadnje vrijeme sve vise novih infektivnih bolesti te novi dizajn bi taj faktor u podpunosti ispunjavao. I to sve jednostavnom rekonstrukcijom već godinama postojećeg dizajna. Takodjer smo dodali i lampicu koja bi signalizirala istrosenost baterije , i lampicu koja bi oznacavala kada je kanta puna, a palila bi se na taj nacin , nakon sto se kanta napuni , i poklopac se ne vrati u pocetnu poziciju , lampica bi davala znak da je kanta puna. Dodali smo jos mini UV lampu na prednjoj strani poklopca koja bi se palila prilikom otvaranja u prve 3 sekunde , te bi osvjetlila donji dio kante i samim tim , osvijetlila kantu i prikazala koliko je kanta zaprljana raznim bakterijama.

5

5. 3-D PRIKAZ AUTOMATSKE KANTE ZA SMEĆE

3-D prikaz ove vrste kante je veoma bitan prije same izrade gotovog modela jer time možemo odrediti greske koje su se mogle pojaviti pri samom konstruisanju. Model osim toga možemo i simulirat tj. izvršiti prikaz kretanja samog mehanizma, što dodatno omogućava prikaz smetnji prije same izrade modela. To nam omogućava nepotrebne greske pri izradi, montaži i exploataciji. Model automacke kante za smece je rađen u softweru CATIA. Izvršeno je dizajniranje cjelokupne kante sa dodatkom senzora kao i vremenskog releja pomoću kojeg je automatizovana kanta, tj. običan mehanički sistem pretvoren je u mehatronički. Senzor je prikazani na modelu u obliki male isturene kockice na samoj kanti

6

Slika 5.1. Virtualni 3D prikaz modela

6. 2D – sklopni crtež

Izlged novog dizajna automatske kante za smeće dato je na sledećim slikama

7

Slika 6.1. Sklopni crtez 2D automatske kante za smece

Na slici 4 . prikazan je oblik kante i njenih dijelova , 2 LED diode koje prikazuju stanje baterije i napunjenost kante , te UV lampicu kao i senzori u obliku male isturene kockice na samoj kanti Elektromotoric kao i sam mehanziam koji podize poklopac se nalazi sa pozadine kućišta kante iz razloga sto se zeli smanjiti rizik od doticaja sa samim el. motorom.

7. SPECIFIKACIJA UGRADBENIH KOMPONENTI I UREĐAJA

Novi dizajn tj. automatska kanta za smece sa vremenskim relejem ima slične odnosno iste komponente kao i klasična automatski regulisana podizna kanta sa ugrađenim senzorima blizine, samo za razliku od nje koristi vremenski relej za odlozeno podizanje poklopca. U suštini

8

jednostavne je konstrukcije. Zbog činjenice stvaranja odgovarajućeg poklopca, i ekonomski isplativosti mora biti od plastike. Najvažnija komponenta našeg novo nastalog dizajna je senzor i vremenski relej koji će prepoznati objekat prilikom prilaska i nakon tri sekunde ce podici poklopac Vremenski relej ce nakon registrovanog objekta nakon tri sekunde podici poklopac

Slika 7.1. Vremenski relej (http://www.elektron.hr/)

Druga važna komponenta koja bi se morala je elektromotoric koji bi sluzio kao pokretac odnosno podizac poklopca

Slika 7.2. Elektromotoric , koji sluzi za podizanje poklopca kante (http://www.gez.cz)

Specifikacije elektromotorica:

Voltaza: 2.5-9VNominalna : 9VBrzina: 2000rpm:Obrtni moment: 46.2gcmIzlaz: 8.94WUcinkovitost.: 74.1%

Mini UV lampica koja je koristena za pokazivanje pristutnosti bakterija na samom poklopcu

9

Slika 7.3. UV lampica Snaga: 4 watts .Duzina: 9 mmVijek trajanja: 9,000 hrs Temperatura lampe: 40°C

I cetvrta komponenta koju treba spomenuti je senzor.

Senzori- su uređaji koji općenito neelektrični ulazni signal pretvaraju u elekrtični izlazni signal.

Senzori blizine- Karakteristika ovih senzora je da imaju izlazni signal koji se mjenja kada je blizina objekta veća ili manja od određene vrijednosti. Često se još zovu i relejnim senzorima odnosno prekidačima. Senzori blizine su jeftini, jednostavni i izdržljivi.

Osnovna primjena ovih senzora u robotici je kod brojanja komada i pri detekciji prisustva objekta i prepreka. Za tehničku primjenu ovih senzora, slika 1. relevantni su sljedeći podaci:

Slika 7.4. mjerenje rastojanja ukjučivanja po normama EN 50010

10

Rastojanje uključivanja ,,S" predstavlja rastojanje objekta od aktivne površine senzora pri kojoj dolazi do uključivanja senzora.Realno rastojanje uključivanja „Sr" predstavlja rastojanje objekta od aktivne površine senzora koje obuhvata proizvodne i konstrukcione tolerancije pri nominalnom naponu napajanja i radnoj temperaturi 20°C. Vrijednost mu se kreće u granicama ± 10% od ,,Sn", odnosno 0,9 Sn < Sr < 1,1 Sn.

Nominalno rastojanje uključivanja ,,Sn" predstavlja rastojanje objekta od aktivne površine senzora pri kojoj dolazi do uključivanja senzora. Naravno tu se zanemaruju odstupanja određenih parametara kao što su: utjecaj temperature, nestabilnost napona napajanja i dr.Efektivno rastojanje uključivanja „Se" je udaljenost od objekta do aktivne površine pri čemu se uzima u obzir i utjecaj temperature. Njegov iznos je Se = (0,81 4- 1,21) Sn.Operativno rastojanje uključivanja ,,So" je rastojanje objekta od aktivne površine senzora koje obezbjeđuje siguran rad, a obično se kreće u granicama 0 < So < 0,8Sn. U slučaju da imamo da je radni objekt veći od test objekta ova se rastojanja neznatno mijenjaju. U ovu grupu senzora spadaju: induktivni, kapacitivni, ultrazvučni, optički itd.

Induktivni senzor blizine

Princip rada ovih senzora se zasniva na zavisnosti induktivnosti kalema od promjene magnetne otpornosti. Približavanjem predmeta senzoru raste induktivnost, udaljavanjem predmeta dešava se suprotno. Blok šema jednog induktivnog senzora data je na slici :

Slika 7.5. Struktura induktivnog senzora blizine

Priključenjem senzora na izvor napajanja električnom energijom dolazi do oscilacija na rezonantnoj frekvenciji. Ove oscilacije su uzrok stvaranja elektromagnetnog polja čiji je pravac prostiranja u smjeru ose senzora. Izlazni se signal mijenja s promjenom udaljenosti predmeta.

11

Induktivni senzori se prave kao:

- U profil, - cilindrični profil i - prizmatični profil, kako je to prikazano na sl

Slika 7.6. Konstruktivne izvedbe induktivnih senzora blizine

Kućište ovih senzora se uglavnom pravi od nerđajućeg čelika ili polimera. Na samom kućištu se često ugrađuju LED-diode za vizualnu indikaciju stanja i ispravnost napajanja. Induktivni senzori se lako ugrađuju. Neki konstrukcioni detalji ugradnje induktivnih senzora dati su na Slici 8. :

a) b) c)

d) e)

Slika 7.7. Konstrukcioni detalji ugradnje induktivnih senzora

a) direktna ugradnja, b) ugradnja u udubljenju, c) ugradnja u nizu,

12

d) detekcija ugaone brzine, e) detekcija ugaonog ubrzanj

Senzori se mogu postaviti radijalno ili aksijalno u odnosu na disk. Kad mjerimo ugaonu brzinu koristimo slučaj pod b) a smjer ugaone brzine pod c).

8. ANALIZA PREDLOŽENOG UREĐAJA

U prethodnim stavkama smo temejlito obrazložili i analizirali uređaj odnosno novonastali dizajn kao cjelinu, te njegove pojedinačne komponente. S toga ćemo sada tabelarno prikazati uređaj kao cjelinu te izvršiti njegovu analizu u različitim segmentima upotrebe.

KRITERIJI DA NE DJELIMIČNO NAPOMENAUPOTREBLJIVOST

PROIZVODA5 - - -

ERGONOMSKA PRILAGODLJIVOST

4 - - -

TEH./EKONOMSKA POUZDANOST

5 - - -

ESTETSKA SENZIBILNOST

4 - - -

DOSLJEDNOST IMIDŽA

4 - - -

Tabela 8.1. Analiza dizajna

Analizom je data opšta slika primjene našeg dizajna u različitim segmentima eksploatacije kao i uticaj različitih faktora na dizajn. To smo sve unijeli u tabelu koja pretstavlja tabelu analize dizajna. U pojedinačne rubrike smo unijeli i kratke komentare vezane za upotrebu i doprinos dizajna u toj oblasti. Napomene se moraju izvšiti u svim traženim oblastima. Upotrebljivost proizvoda je bitan faktor , možda i najbitniji, cijelog projekta.

Napomena u spektru ergonomska prilagodljivost se svodi na napomenu o pouzdanosti u radu. Definicijom smo ustvari I dali napomenu o pouzdanosti u radu ako se dizajn pravilno rukovodi I vrše redovne kontrole netreba brinuti o njegovoj ispravnosti, Greske koje bi se mogle javiti , je da baterija oslabi te da poklopac ne bude uvjek istom brzinom podginut kao prije.

13

9. NEDOSTATCI PREDLOŽENOG DIZAJNA

Kao i svaki novi dizajn i automatska kanta za otpad ima nedostataka i mana. Naime ideja dizajna je bila da od obične tj. klasične kante za otpad, napravimo automatsku kantu sa senzorom koja će služiti kao ekoloski ispravano u sprecavanju dodira sa poklopcem kante. Ali kanta kao takva biti će napravljena od što laksih materijala zbog samo mase koju treba motoric da pokrene, Isto tako pretstavlja nedostatk baterija koja se koristi za napajanje senzora , jer nikada baterija nece imati veliki vijek trajanja..Takodjer jos jedan problem je praznjenje kante za smece , jer tako onda opet dolazimo u doticaj sa kantom. U suštini dizajn je imao ideju da bude uvjek dostupno kada mu se priblizimo , ali kao pojedinačni uređaj ima odgovarajuća nedostatka koja se moraju dopuniti dodatnim uređajima kako bi cjelokupni sistem imao smisla i obavljao zadanu funkciju. Automatska kanta kao dizajn je dobro osmišljena ideja ali je kao i svaki dizajn u fazi izrade nepodpun, ossnovni nedostatk ipak ostaje jacina baterije koja ce se koristit. Za rješenje tog problema kao dodatno opremu uz kantu se dobija adapter . Kako smo na početku rekli da je dizajn jednostavne konstrukcije i građe to se odnosilo samo na dizajn ako posebna cjelina ako uzmemo u obzir više faktor dodjemo do saznanja o vise nedostatka koje se ipak mogu konstruktivno rijesit.

10. MOGUĆI KORACI KA OPTIMIZACIJI

Optimizacija je kao takva veoma bitna u procesu dizajniranja i projektovanja dizajna. U našem slučaju se svodi optimizacija na pokušaj rješavanja tri faktora. Prvi faktor koji utiče na ispravnost našeg dizajna je povezanos između senzora na kojem se vrsi ocitavanje pokreta . Za taj problem bi se morala vršiti analiaz polozaja ruke koje bi pokretale kantu ili Drugi i možda najvažniji faktor je sigurnost uređaja. Prethodno smo rekli da je ideja nastala iz potražnje za što većom sigurnošću od različitih infekcija i ostalih prenosnih bolesti koje se mogu dobit prilikom dodirivanja poklopca kante Ovaj faktor ili bolje rečeno nedostatk sigurnosti se može ukinuti dodavanjem senzora na kantu. U suštini dizajn je imao ideju da bude ekoloski osvjesteno sretstvo, ali kao pojedinačni uređaj ima odgovarajuća nedostatka koja se moraju dopuniti dodatnim uređajima kako bi cjelokupni sistem imao smisla i obavljao zadanu funkciju. Automatska kanta kao dizajn je dobro osmišljena ideja ali je kao i svaki dizajn u fazi izrade nepodpun,

Optimizacija bi se u ovom slučaju mogla izvršiti ne direkno na dizajnu nego dodavanjem drugih uređaja koje zajedno sa dizajnom čine ekoloski i ekonoski prihvatljivu kantu . Pored ova dva najvažnija faktora postoje mnogobrojni manji faktori koje bi se mogle optimizirat. Ali oni se moraju prilagođavati potrebama kupca. Klasični model možda ne odgovara prohtjevima kupca zbog estetskih nedostataka, ali u suprotnom ima veliku funkcjonalnost i zbog svojih pojedinačnih komponenti koje čine dizajn ekonomski isplatljivim bi se mogle dobro plasirati na tržište. Postoji mnoštvo faktora za optimizaciju ovog dizajna.

14

11. OSTALA PODRUČJA PRIMJENE DIZAJNA

Nas dizajn je prvenstveno imao ideju upotrebe u kućnim uvjetima , u vidu sprecavanja i dodirivnja poklopca kante Tokom izrade dizajna doslo se od zaključka da iako je on kao takav dobro osmisljen i funkcjonalan.Ovaj faktor je veoma bitan u ekspanziji dizajna tj na tržištu se mora predložitit uz dizajn i dodatna oprema kao 100% sigurnost od dodirivanja. Zbog toga je i područje upotrebe ograničeno. Ako posmatramo dizajn kao cjelinu bez dodatne sigurnosne opreme, onda je područje upotrebe djelimično siromašno i ideja o ekoloskim uvjetima nije u podpunosti ispunjena.

Druga moguća područja upotrebe su na radnom mjestu koji ne zahtijevaju veliko odlaganje otpada Zatim imamo firme ispred kojih moramo postavljati kante za otpad Novi dizajn bi imao odgovarajuće rješenje tako što umjesto svakodnevnog dodirivanja prljavih dijelova kanti jednostavnom prilaskom blizine kante , doslo bi do podizanja poklopca , te osobe sa invaliditetom , takodje bi imale laksi pristup kantama. Ova kanta se ne moze koristiti u vanjskim uvjetim zbog , vremenskih neprilika koje bi ugrozile sigurnost sustava , te isti bi radio nekoliko sati i stao. Te zbog toga njegova primjena je iskljucivo u zatvorenim prostorijama , uredima, salama itd.

15

12. ZAKLJUČAK

Automatizova kanta za smece je unapridjena sa senzorom blizine i vremenskim relejom , koji pomaze otvaranju i zatvaranju kante, te time, unapredjujemo običnu kantu za smeće, ne povećavajući značajno njenu cijenu , Projekat je jako dobar i možemo izvući generalni zaključak da je ovakav vid konstruisanja kanti za smeće jako pozitivan za rješavanje ekoloških problema. Dizajn ove kante ima veliku ekološku korist, jer se direktno radilo na podizanju ekološke svijesti, te unapriedjenju obicne kante za smeće. Dizajn mozemo mjenjati samo mjenjajuci boju i mjesta primjene ove kante zbog izlaza prikljucka na struju. Ovdje je prikazano da od obicne kante za smece mozemo napraviti automatizovanu kantu za smece.Automatska kanta za otpad bi imala veliku primjenu u trznom centrima , jer zbog masovnog bacanja smeca veliki broj ljudi dolazi u doticaj sa otvaranjem i zatavaranjem poklopca na kantama , te zbog toga bi imalo svrhu postaviti ove kante na takvim mjestima, time bi sprijecili dodirivanje istih te , koliko toliko ekoloski osvijestili ljude.

Pitanje otvaranja i zatvaranja poklopca je vrlo lako rijeseno postavljanjem senzora i vremenskog releja koji reaguju nakon 3 sekunde, te sam prikaz UV lampice koja bi upucivala na neurednost kante za smece, problem prepunjene kante je takodje rijesen LED lampicom koja bi signalizirala kada poklopac kante se ne vrati u svoj prvobitni polozaj. Mogucnost habanja je takodje sprijecena granicnicima koju dozvoljavaju otvaranje poklopca u radijusu od 90 stepeni.Samom ugradnjom ovih elemenata nebi povecali znatno cijenu proizvoda.

16

POPIS SLIKA:Slika 1.1. Primjer obicne kante za otpad..............................................................................

3

Slika 5.1. Virtualni 3D prikaz modela................................................................................. 6Slika 6.1. Sklopni crtez 2D automatske kante za smece...................................................... 7Slika 7.1. Vremenski relej.................................................................................................... 8Slika 7.2. Elektromotoric koji pokrece poklopac kante....................................................... 8Slika 7.3. Uv lampica........................................................................................................... 9Slika 7.4. Mjerenje rastojanja i ukljucivanja po normama EN 50010................................. 9Slika 7.5. Struktura induktivnog senzora blizine................................................................. 10Slika 7.6. Konstruktivne izvedbe induktivnih senzora blizine............................................. 11Slika 7.7. Konstrukcioni detalji ugradnje induktivnih senzora............................................ 11

POPIS TABELA:

Tabela 8.1 Analiza dizajna......................................................................................................12

17

LITERATURA:

[1] Dr. Mladen Popović, Senzori u robotici – Beograd 1996 g

[2] Dr. Mladen Popović, Senzori i mjerenja – četvrto izdanje, Sarajevo 2004. god.

[3] http://www.google.com (23/06/2010)

[4] http://www.svezakucu.rs/www/singleitem_buy.php?id=9150 (23/6/2010)

18