AERO PROCESRAPPORT. Mekatronik og design

Transkript

1 AERO PROCESRAPPORT Mekatronik og design BSc0, P, Industrielt design, Gruppe, efteråret 0

2 TITELBLAD Procesrapport BSc0, P projekt,. semester 0 Arkitektur & Design Aalborg Universitet Titel: AERO Tema: Robotstøvsuger Projektperiode: Uge 44-4 Gruppe: Hovedvejleder: Finn Schou Teknisk konsulent: Shaoping Bai Antal sider i procesrapport: Antal sider i produktrapport: Antal apendix:4 Afleveringsdato: 6. januar 04 Hans Christian Cabrillos Jacobsen Rasmus Teit Christiansen Anders Alexander Venning Løcke ABSTRACT This project shows the process and outcome of group s work designing a robot vacuum cleaner. The result of this project is split into parts. A process report describing the course on the development of our product, a sales brochure that briefly presents the product, and a product report, which details the product and its features. The process report describes how the group, through the study of existing products, specification of a target audience and development of a product, designed our robot vacuum cleaner. The sales brochure describes why our product is interesting with our target audience in mind. Lastly the product report shows our product in detail both aesthetically, functionally and structurally. The result is a cleaning robot that uses small helicopter drones to blow dirt to a parent station, which is plugged into an outlet. The mother station can suck up the dirt, while housing the drones when they are not in use. The parent station is also designed with an intent to look elegant and anonymous when not active. Morten Schnedler Jørgensen Josefine Vestergaard Jørgensen Introduktion

3 FORORD LÆSEVEJLEDNING Dette projekt er udarbejdet af gruppe i forbindelse med. semesters hovedprojektet på Industriel Design hos Arkitektur og Design ved Aalborg Universitet. Projektet er udarbejdet i perioden. September 0 til 06. Januar 04. Projektets omdrejningspunkt er design af en robotstøvsuger i forbindelse med temaet Mekatronik og Design, og i rapporten er der arbejdet med analyse af eksisterende produkter på markedet, specificering af en målgruppe og udvikling af et produkt. Projektarbejdet er blevet kyndigt vejledt af Finn Schou med ingeniørfaglig assistance af Shaoping Bai. Projektet er dokumenteret i rapporter - en proces og en produktrapport. Ud over de to rapporter medfølger også et produktkatalog, som kort og præcist fortæller om produktet. Procesrapporten er opbygget i 4 afsnit med hver sin farve: Introduktion Analysefase Idegenerering Arunding Iløbet af procesrapporten vil der være henvisninger til appendiks, da det der er i rapporten kun er det der har indflydelse på processen. 0-0 år Studerende 0-0 år Studerende Der er anvendt Minimal piktogrammer bolig i rapporterne: i + i + Studerende 0-0 år 0-0 år Fordele Ulemper Information Minimal Bedømmelse bolig Studerende i + i + Introduktion

4 INDHOLD AFGRÆNSNING Introduktion Afgrænsning 4 Problemfelt 5 Metode 6 Analysefase Markedesundersøgelse 7 Roomba analyse 8 Kravspecifikation 0 Målgruppe Problemformulering Designproces Konceptudvikling Produktudvikling 8 Afslutning Reflektion Konklusion Af hensyn til tidsrammen for projektet er det lagt en række fokuspunkter: Fokus i denne opgave vil ligge på at lave en designløsning, der ved hjælp af et teknisk produkt kan hjælpe til i dagligdagsopgaver, så der vil blive set på funktionen, æstetikken og teknikken bag. Der ses bort fra den egentlige programmering af styresystemet. Diagrammer vil dog overordnet vise interaktionen med produktet. Den præcise pris for omkostninger af produktet, vil der ses bort fra. Der vil stadig være opmærksomhed på, at prisen af produktet tager hensyn til målgruppen. De elektriske komponenters ydeevne, udover det som kan observeres i andre produkter, vil der ikke blive taget højde for. 4 Introduktion

5 PROBLEMFELT Tiden til at gøre de daglige gøremål bliver mere og mere knap. Et af dagligdagens problemer, der kan fylde mest er rengøring. For at komme dette problem til livs, er det nødvendigt at udvikle et nyt produkt, der kan tage hånd om denne udfordring. Ud fra problemfeltet, kan der konkluderes, at der er behov for et produkt, der kan være tidsbesparende, autonomt og klare den daglige rengøring. Der opstilles ud fra problemfeltet en initierende problemstilling, som lyder: Hvordan udvikles et produkt, som kan benyttes til at gøre rengøring autonomt? For at besvare denne problemstilling, er der behov for at undersøge følgende: Hvilke produkter er der i forvejen, og hvad er der af fordele og ulemper ved disse? Hvordan løser man et produkt, med mekaniske og aktive komponenter, sensoring, simpel styring og interfacedesign [BSc0-ID E0 Studievejledning]. Introduktion 5

6 ANALYSEFASE Problemfelt Indledende ideer Målgruppe Roomba analyse Markeesundersøgelse Problemformulering DESIGNPROCES Kravspecifikation Konceptudvikling 5 4 METODE Udvælgelse Tests Projektetets udgngspunkt var et problemfelt. For at undersøge problemet blev det afgjort, hvad der skulle undersøges og analyseres i analysefasen (se ill. ). Efter, at have indsamlet viden i analysefasen, blev problemet specificeret i en problemformulering, og en kravspecifikation blev udarbejdet på baggrund af analysefasen. Herudfra blev designprocessen igangsat. Designprocessen var en væksling mellem skitsering og tests, for at have en kvallificeret viden til udvælgelsen af de fremstillede ideer. Efter der var udvalgt et koncept, blev der indsamlet viden til produktudviklingen, hvilket til sidst førte til det færdige produkt. Produktudvikling PRODUKT Tests Illustration : Metode 0 6 Introduktion

7 MARKEDESUNDERSØGELSE Fulde markedesundersøgelse ses appendiks lse Markedsundersøgelsen blev foretaget med det formål, at få viden om hvilke robotstøvsugere der findes på markedet i dag. Som det ses, blev de bedømt ud fra 5 kriterier (se ill. ). Delkonklusion Udfra markedsanalysen kan det konkluderes, at markedet er temmelig mættet med runde robotstøvsugere, der kører rundt på gulvet og gør rent, med en kombination af at feje og suge. Denne kategori af robotstøvsugere er desuden stærkt domineret af Roomba støvsugerne fra irobot, der både klarer sig godt på rengøringsevne, har et stærkt brand og en pris, der er svær at matche i forhold til funktioner. Krav ud fra markedesundersøgelse Det kommende produkt skal udover at rengøre gulvet, også kunne rengøre andre flader Navigation Betjening Rengøringsevne Størrelse og vægt Rengøring af hele rummet 0 0 Roomba iclebo Plus A Electrolux Trilobite Kärscher Texas 65 Clenmate Roomba iclebo Plus A Electrolux Trilobite Kärscher Texas 65 Cleanmate Illustration : Robotstøvsugere på markedet Analysefase 7

8 ROOMBA ANALYSE Fulde analyse ses appendiks Da Roomba er den førende robotstøvsuger på markedet, blev den analyseret med det formål, at få en forståelse af hvilke opgaver, den løste godt og dårligt. Programmer Roomba har ikke et mappingsystem, hvilket medfører overlapninger der både er tids- og energispild. Delkonklusion Fordele: Roomba har en simpel interaktion med brugeren hvilket klart er en fordel. Ulemper: Den kommer ikke ind i hjørner. Den bruger unødig tid og energi på at køre samme steder flere gange. En trykfølsom sensor giver mærker i interiør og møbler. Krav udfra Roomba Det kommende produkt skal have en inteligent styring, så det undergåes, at bruge unødig tid og energi. Derudover skal den have et simpelt interface, med de kun absolutte nødvendige valgmuligheder. Illustration : Roomba navigation [Flickr.com]. Navigation Roomba rotere til højre når den støder ind i forhindringer. Sammenstødene kan medføre mærker på interiør. Form Den runde form er praktisk når Roomba skal ændre retning, da den ikke kræver mere plads, og kan rotere om sit eget centrum. Hjørner Den runde form medfører, at Roomba ikke kan komme helt ind i hjørner og tage snavset. Illustration 4: Roomba bumber 8 Analysefase Illustration 5: Roomba rotation Illustration 6: Roomba hjørner

9 Infrarød sensor Passivt hjul Sidebørste 5 4 Aktive hjul 5 Tryk sensor 6 Børstesystem 7 Støv beholder 8 Interface 9 Håndtag Fyrtårn Skidtsensor 7 7 Illustration 7: Roomba top Illustration 8: Roomba bund INTERAKTION Håndtag Håndtaget giver brugeren mulighed for at bære robotten med en hånd. Illustration 9: Håndtag Tømning Her ses hvordan støvbeholderen kan trækkes ud af robotten og derved tømmes. Illustration 0: Tømning Interface Simpelt interface med tydeligt hiraki, som viser hvilken knap der er vigtigst (). tryk: Kør i spiral. tryk: Tænd tryk: Kør til dock. tryk: Gør rent Illustration : Interface Analysefase 9

10 KRAVSPECIFIKATION Deffinationer af begreber ses appendiks På baggrund af markedesundersøgelsen og Roomba analysen blev der udarbejdet en kravspecifikation. Disse krav blev der taget hensyn til i de videre design proces. Krav Ønsker Form Produktet skal fremstå som havende én overflade Funktion Systemet skal fjerne skidt fra gulv og andre flader (hylder, borde, vindueskarme og møbler) Systemet skal sættes igang et-tre knaptryk på produktet Produktet skal klare udfordringer som ledninge Produktet skal fjerne skidt fra hjørner. Intelligent styring, så den ikke støder ind i forhindringer for at ændre retning Produktet skal måle afstand til forhindringer Konstruktion I konstruktionen skal der forekomme mindst mulig spildplads. 0 Analysefase

11 MÅLGRUPPE Moderne -0 år -0 år Teknologi 0-0 år Alder Minimalbolig Studerende Studerende Studerende Illustration : Minervamodellen, det grønne segment er valgt. Studerende Materialistisk Selvtillid & forbrug Stabilitet, tradition & gør-det -selv. Traditionel i Engageret aktivitet Tradition, familien, det nære miljø. Idealistisk i Illustration : Minervamodellen, det blå segment er valgt. Minim Målgruppen er 0-0 år og studerende. Vedkommende bor i minimal bolig, hvilket medfører at der skal være flere ting på mindre plads. Derfor lægges der vægt på, at pladsen udnyttes maksimalt. I hverdag har brugeren mange pligter og interesser, som vægtes højere end rengørring. Indkomsten er lav, derfor har brugeren mindre disponibel indkomst. Målgruppen er åben for innovative løsninger. For at specificere målgruppen, er Minerva modellen taget i brug. Denne model bruges til at opdele befolkningen i nogle grove livsstilsgrupper, og kan derfor også bruges til at pejle sig ind på en målgruppe for et givent produkt. I modellen opdeler man folk udfra to kriterier - Hvor moderne + + eller traditionel deres livsstil er, og hvor idealistisk eller materialistisk de lever. Dette opdeler altså folk i 4 grupper. Det blå segment er materialistisk-moderne, og er derfor typisk interreseret at prøve mange nye ting og opleve verden. Derudover er det blå segment typisk liberal i sin tankegang, og går ind for folk belønnes efter indsats. Målgruppen er placeret i det blå segment, da vedkommende er åben overfor en nytænkende løsning og ikke vægter etiske værdier som strømforbrug og miljø særlig højt, og lægger større vægt på personlige fordele, der kan befri brugeren for noget arbejde. [Godekaratere.dk] Analysefase

12 PROBLEMFORMULERING Hvordan kan en robotstøvsuger skabes, som kan fjerne støv fra gulv, interiør, hylder og lignende? Illustration 4: De flader der skal rengøres Analysefase

13 KONCEPTUDVIKLING Fokus Designprocessen foregik gennem 6 skitseprocesser, hvor hver enkelt fase vækslede mellem ideskabende (divergerende) efterfulgt af test og idévurderende (konvergerende). Hver skitseproces tog udgangspunkt i et fokus, som efter hver skitseproces blev mere og mere specificeret (se ill 5). FOKUS Formålet med, at have et fokus som udgangspunkt for hver ideskabende fase, er gradvist at tilnærme sig målet. DIVERGERENDE De ideskabende faser tog udgangspunkt i fokuset, men ud over det, var de ukritiske. KONVERGERENDE I den idevurderende fase blev de fremkommende ideer fra den ideskabende fase vurderet. Dette skete på baggrund af tests, PV-skemaer (ud fra krav), eller ved at opskrive fordele og ulemper. Tests Indledende ideudvikling 4 Sortering 6 Videre ideudvikling Sortering 6 Konceptudvikling Sortering Illustration 5: Model for idéudviklingsproces med divergerende og konvergerende faser. Illustration frit efter Striims model for idéudvikling (Striim, 00). I det kommende afsnit gives der et indblik i hvordan den enkelte skitsefase er foregået, hvilke ideer der er fremkommet, samt hvordan de er vurderet. Designproces

14 INDEN ANALYSEFASEN. SKITSEPERIODE Ideudvikling Alle skitser ses appendiks 4 Beskrivelse Denne skitseperiode foregik inden analysefasen, og derfor blev der ikke taget hensyn til, hvad der var realistsk. Dermed kunne gruppen slippe sin kreativitet løs. Resultat Efter en sortering af skitserne, blev de 4 ideer, som ses på illustration 6, udvalgt. Ideerne blev udvalgt ud fra hvilke, der løste fokuset bedst. Fokus Et koncept, som kan rengøre, og er inovativt. FLYVENDE DRONER MODUL Robotstøvsuger, som har koblet sig fra de andre robotter. Flyvende drone, som kan samle støv op i hele rummet. Kørende robotstøvsugere, som kan fungere hverforsig og sammen. ROBOTSTØVSUGER MED ARME MODER MED BØRN Lille Robot, som moderen har sendt ud. En robot, som kan skyde arme ud, og derved komme ind smalle steder. En moderstation, som kan passe og pleje små robotter. Illustration 6: Udvalgte indledende ideer 4 Designproces

15 EFTER ANALYSEFASEN. SKITSEPERIODE Videre ideudvikling Alle skitser ses appendiks 5 Beskrivelse I denne fase blev der skitseret ud fra outputtet ad. skitseperiode. Markedet var nu undersøgt (ill. ) og der var derfor indsamlet viden om, hvad der var mangel på. Ud fra dette blev fokuset stillet: Fokus Et produkt, som autonomt kan rengøre gulv og flader over gulvhøjder som fx. hylder, borde, vindueskarme osv. Udvælgelse Ideerne blev udvalgt ved at opstille fordele og ulemper på alle ideer, og derudfra bedømme hvilke, der skulle tages med videre. Resultat Resultatet blev, at koncepterne fra. skitseperiode kom tættere på noget realistisk. De udvalgte ideer er markeret med blå (se ill 7). MODUL ROBOTSTØVSUGER MED ARME MODER MED BØRN VALGTE IDE rende i + DRONE nimal bolig Gulvvask Støvsug MODER Flyvende drone, som indsamler snavs. Modullære robotter med forskellige funktioner, som både fungere hver for sig og sammen. En støvsuger med sug i armene. Moderstation, som lader og renser små flyvende droner. rende rende i + Kan komme ind smalle steder. En enhed der kan navigere med flere små, som udfører arbejdet. nimal bolig Rengøre kun gulvet. nimal bolig Illustration 7: Ideudvælgelse Designproces 5

16 . SKITSEPERIODE Konceptudvikling Alle skitser ses appendiks 6 Beskrivelse I denne skitseperiode blev der lagt fokus på, at få den udvalgte idé fra forrige skitseperiode til at komme nærmere på en realitet. Der opstod et problem med idéen med de flyvende droner, da de ville blæse det skidt væk, de skulle samle op. Derfor blev drone-idéen udvidet til to forskellige løsninger, som ses på side 7. Fokus Et rengørings produkt, som kan rengøre gulv og andre flader som hylder, vindueskarme og borde. Derudover skal der haves en ide om hvordan konceptet kan realiseres. Bedommelse Vurderingen af det enkelte koncept skete på baggrund af vidensindsamling fra testen, som er beskrevet her under. Derudover blev de bedømt i et PV-skema (point, vurdering). Resultat Resultatet blev, at der kom mere realistiske ideer frem på baggrund af de første skitsefaser. De valgte ideer er markeret med blå (se ill 9). TEST AF DRONER Hele testen ses i apendiks 7. For, at have en kvalificeret viden om de flyvende droners realitet blev denne test udført. Formålet var, at få svar på om de kunne blæse til snavs og derved flytte det. Snavs Undersøgelsen blev foretaget med jord, støv, mel og småsten, som også ses på ill x. Resultatet blev, at de sagtens kan flytte det. Udfordringer Det blev også testet om dronerne kan flytte snavs ud fra lave steder (over cm). Resultatet blev at den kunne det. Derudover blev det testet om dronen kunne få stnavset væk fra ledningen. Resultatet var, at den godt kunne. Jord Støv Mel Småsten Ledning Lave steder Illustration 8: Udvalgte indledende ideer 6 Designproces

17 rende i + SMÅ KØRENDE DRONER GO! Små kørende droner, der kan sættes på hylder og lignende. EDDERKOP Flyvende drone, som fejer støvet. VALGTE IDE Moder, der suger støvet op (Fejebakke). nimal bolig DRONE rende rende nimal bolig rende nimal bolig nimal bolig i + i + i + Man skal kun trykke kør, og så sørger produktet selv for, at mappe rummet. Minimering af spildtid på overlapninger når moderen kender rummet. Får svært ved at køre over ledninger, når størrelsen er så lille. Moder, der styre dronerne. Kan ikke blive ret lille med den teknologi der findes i dag. Helt ny måde at tænke rengøring på. Rengører hele rummet. Lette ting bliver flyttet. MODER Point fra -5 (5 er højest) Ledninger Hjørner Dækning af hele rummet Realitet Inovativt 4 5 RESULTAT 0 Illustration 9: Ideudvælgelse (Beskrivelse af bedømmelseskritereir ses i appendix x) Designproces 7

18 PRODUKTUDVIKLING TEST Efter at have fundet et koncept blev der arbejdet på at få specificeret form, konstruktion og tekniske løsninger i robotten, hvilket dette afsnit handler om. Droner Alle tests ses appendiks 8 For, at finde ud af hvor mange ekstra gram der kunne puttes på dronerne, blev deres trækkraft målt med newtonmeter. SUG Alle tests ses appendiks 9 For, at finde ud af hvordan suget skulle konstruers blev der testet og undersøgt. Testen på ill 0, virkede - dog med svagt sug. Derfor blev en jetmotor undersøgt, som har flere propeller og kører aksialtkompretion. TEST Sug Propelbevægelse TEST Illustration Test af funktionsmodel. UNDERSØGELSE h Illustration 0: Test af funktionsmodel. RESULTAT Der blev aflæst 0,56N, og det blev omregnet til g. 0,056N = 5,7g Illustration : Jetmotor RESULTAT Samme form som testen som har flere propeller og køre raksialtkompretion. 8 Designproces

19 FORMSTUDIER moder Alle formskitser ses appendiks 0 Moderen skulle både indeholde en sugemekanisme og have plads til at dronerne skulle opbevares. Disse to egenskaber var svære at forene i en form, da sugemekanismen skulle have fri plads til både luftindgang og -udgang. Dronerne måtte derfor ikke tage plads hverken over eller under sugesystemet. Moder sug Opbevaring af droner Derfor blev der arbejdet meget med former, hvor de to funktioner bestod af hver deres cylinder. Til sidst blev der dog fundet en mulighed for at have teknologi inden i sugesystemet, hvilket førte til en form, hvor sugesystem og droner kunne være i samme cylinder. Moder sug Opbevaring af droner VALG TE ID E Lille Robot, som moderen har sendt ud Moder sug Opbevaring af droner Opbevaring af droner Moder sug En moderstation, som kan passe og pleje små robotter. Illustration : Udvalgte indledende ideer Designproces 9

20 FORMSTUDIER droner Meget enkelt design med skarpe kanter. VALGTE IDE En drone med lidt ergonomiske hensyn bagpå. Her kan dronen holdes.! FORMSTUDIER interface Knap Touch GO Illustration 4: Form på droner VALGTE IDE Knapper med lys i. Ikoner. Displayet ses ved, at der lyses gennem små hulder i plastet.! Full Problem GO Start 0 Designproces Illustration 5: Interface

21 Form, konstruktion og funktion Tekniske overvejelser findes i appendiks Ladning og opbevaring af droner For at koncentrere vores indsats op til deadline, blev der udvalgt tre primære fokuspunkter ved produktet: ladning og opbevaring af droner, sugemekanismen og tømning af støvbeholder. Derudover blev der overordnet kigget på sekundære fokuspukter: dronernes navigation og evne til at scanne rummet samt materialevalg, der efter en række undersøgelser faldt på plastet ABS. Udvælgelsen findes i apendiks. Luft Propeller Filter Støvbeholder ner Illustration 6: Sug, ladning, støvbeholder PRIMÆRE FOKUSPUNKTER Sugemekanisme Til moderens sug bruges et aktial sug, som kendt fra jetmotorer. Dette opbygges med plads i midten af blæseren, som kendt fra computerblæsere. Derved blive der flyttet en stor mængde luft, og der er plads til computer og motor inden i sugesystemet. For, at kunne suge større ting som ris og små sten op, kan moderens sug forstærkes ved at den ydre skal køres ned. På den måde mindskes sugearealet og derved øges sugestyrken. Tømning og støvbeholder Filteret er inspireret af Roomba, da det er lille og ikke bryder luftstrømmen for meget. Støvskuffen placeres yderst i moderen, og kan klikkes af og på ved at trykke på dem, som kendt fra bl.a. kuglepenne. Ladning og opbevaring af droner Dronerne skal kunne lande og tage af sted fra moderen, uafhængigt af hinanden. Til dette formål skydes en en cylinder op fra moderen. Denne cylinder er delt op i fire skuffer, der hver kan roteres ud om en akse, og har en drone, der derved kan lette og lande frit. Dronerne vil have kontaktflader i benene, der i skuffen lader dem op. ce Designproces

22 REFLEKTION KONKLUSION Planlægning af projektet har givet et større overblik over hvad der skulle laves hvornår for, at kunne nå deadline. Tidsplanen har gjort, at projektet lettere kunne overskues. Derudover har den mindsket rissikoen for, at glemme vigtige emner. Test er en god måde, at få be- eller afkræftet hypoteser, og på den måde påvirke vigtige beslutninger i projektet. Gennem dette projekt blev der skabt et invativt system, som kan puste støv hen til en moderstation, som suger støvet op. Derfor er problemformuleringen løst, da støv fra hylder, interiør og lignende bliver fjernet. For, at nå frem til produktet og træffe de rigtige beslutninger blev der indsamlet viden samt lavet test. Det har helt klart gavnet projektet, at have en indledende idegenerering inden analysefasen. På den måde blev kreativiteten ikke påvirket for meget af virkelighedens begrænsninger, og der kom flere vilde ideer. Gennemarbejdede analyser er en fordel senere i processen, idet man har en større viden og derfor mindsker rissikoen for, at træffe dårlige beslutninger senere i processen. Analyserne i starten af dette projekt kunne godt have været mere dybdegående især i Roomba analysen, da det senere i processen var nødvendigt, at hoppe tilbage grundet manglende viden om indre komponenters størrelser. Afrunding

23 KILDELISTE Problemfelt: BSc0-ID E0 Studievejledning, side 4 Markedesundersøgelse: [irobot.com] [robotstøvsugere.dk] [stoevsugerposer.dk] [manualslib.com/] [Robot revies] [Karcher] Garden/Vacuums/Robocleaner/6900.htm [robotreviews.com] [Robotreviews] [Manualslib] [texas.dk] Målgruppe: [Godekaratere.dk]: Materialevalg: [ABS plast] [PS plast] erps.pdf [POM plast] [openni.org] ILLUSTRATIONSLISTE PROCESRAPPORT Roomba analyse ill : Roomba: http-// iclebo Plus A: http-//vtm.e5.cz/files/imagecache/dust_filerenderer_big/upload/story_press/647/ukl_ze_ky_na_ baterky_49f574a569 Electrolux Trilobite: http-//group.electrolux.com/en/wp-content/uploads/00/0/trilobite Kärscher: http-// Texas 65 Cleanmate: http-// ill : Ill. : http-//.bp.blogspot.com/-madv8raeboe/twjcugsdcli/aaaaaaaaapi/cjozkejpo4/s600/jeremy%bkupsch%bjet%bengine ill,, 4-,-6: Egen produktion PRODUKTSRAPPORT Alle billeder er egen produktion Alle billeder af drone: gallery/fullscreen//87-multirotor-hubsan-x4-cam-h07, Børstet allu: Iphone s. 7: Afrunding

24