Witlof en paprika koud kunstje voor Delftse robothand

Deze zomer trad een spin-off van de TU Delft voor het voetlicht; het product was klaar voor de markt. Lacquey ontwikkelt robotgrijpers met twee menselijke trekken: ze kunnen goed omgaan met productvariatie en hun greep is uiterst voorzichtig. ’Op dit moment wordt het picken en placen van groente en fruit gedaan door mensenhanden‘, schetst Lacquey-CTO Martijn Wisse het probleem. ’Er zijn mensen die de hele dag paprika‘s van de lopende band pakken en ze een halve meter verder in een bakje doen. Het is gek dat zo‘n proces nog niet is geautomatiseerd. Het probleem zat ‘m altijd in het grijpen.‘

Veel robothanden zijn nogal lomp. Het is moeilijk om ze te gebruiken voor het voorzichtig oppakken van delicate objecten zoals een aubergine of witlof. Het gevaar voor beschadiging zit in een klein hoekje. ’Op de universiteit hadden we een technologie ontwikkeld die toevallig heel geschikt is voor deze markt‘, vertelt Wisse, die nog steeds universitair hoofddocent is op de TU Delft. ’Het is een beetje de omgekeerde wereld als je dat vergelijkt met het bedrijfsleven, maar ja, zo gaat dat bij de universiteit.‘

De grijper van Lacquey heeft – zoals zoveel robothanden – drie vingers, twee aan de ene kant en een aan de andere kant. Elke vinger heeft zijn eigen topje dat zich om het object kan vouwen. Zo kunnen de vingers zich ieder afzonderlijk aanpassen aan de vorm. ’Zoals bij alle goede uitvindingen geldt: als het eenmaal af is, ziet het er simpel uit‘, lacht Wisse. ’De kneep zit ‘m in underactuation-technologie. Er zit slechts één motor in, maar onze robothand heeft wel zes vrijheidsgraden: elke vinger kan roteren en alle topjes kunnen bewegen. Vijf differentieelmechanismes verdelen het motorkoppel over al die vrijheidsgraden. Eén mechanisme is heel herkenbaar en lijkt een beetje op het differentieel in een auto.‘ Wisse wijst op een aantal kegelvormige tandwielen.

’De clou van underactuation is dat je met een differentieel de krachten goed verdeelt en je de vorm overlaat aan het object dat je tegenkomt‘, gaat Wisse verder. ’De motor duwt de vingers constant uit elkaar. Er zit een eindstop op om de vingers niet te ontwrichten. Als de grijper wordt geactiveerd door de richting van de stroom te wisselen, knijpen de vingers samen. Het is een vierstangenmechanisme (vergelijkbaar met de Fingripper van Festo, zie pagina 17, AP). We sturen de buitenste zijde van de vingerdriehoek aan. Daarmee draait ook de binnenste zijde naar het product toe. Als die contact maakt en de krachten zijn gebalanceerd, duwt de buitenste zijde het topje nog een stukje verder totdat ook daar de krachten in balans zijn.‘

De truc zit in het mechanisme, niet in de aansturing, benadrukt Wisse. Hoe weten de vingers wanneer ze moeten stoppen? Wisse: ’Dat is de grote gedachtesprong die je moet maken en waarin we ons onderscheiden van andere oplossingen. De grijper weet dat niet en hoeft dat ook niet te weten. Het enige dat hij doet is dat hij probeert een contactkracht van een ingesteld niveau te realiseren, bijvoorbeeld 6 N. Zolang er geen contact is tussen de vinger en het object, is die kracht minder dan gewenst en beweegt de vinger verder. Pas als er een evenwicht is, stopt hij. Er zit dus geen registratiesysteem in, maar wel een heel slimme regelaar die ervoor zorgt dat de motor precies het goede koppel levert.‘

 advertorial 

RFID-toegangsbeveiliging nu nog makkelijker

Voor Identification and Access Management (I.A.M.) heeft Pilz het bedrijfsmoduskeuze- en toegangsautorisatiesysteem PITmode. Voor een onderdeel van dit systeem, de PITreader, heeft Pilz een RFID-transponder in kaart- en stickerformaat ontwikkeld. Alle varianten zijn vrij beschrijfbaar en rechten kunnen vastgelegd worden door gebruik te maken van de eenvoudig passende softwaretools.

Lacqueys robotgrijper is verder uitgerust met een handpalm. Ook hier komt geen sensor aan te pas. De hefboom waaruit de palm bestaat, drukt het object tegen de ondergrond, waardoor het stilligt als de grijper het vastpakt. ’Dat is typisch een innovatie die je niet op de universiteit verzint. Daar kom je in de praktijk pas achter‘, zegt Wisse. ’De underactuation-technologie is sowieso redelijk algemeen. Pas met Lacquey zijn we ons echt gaan richten op grijpers voor groente en fruit. Er rijzen dan allerlei praktische vragen: welke materialen kun je gebruiken? Hoe lang moet het systeem meegaan? Hoeveel mag het kosten? Daarmee onderscheiden we ons duidelijk van de universiteit.‘ Het patent heeft Lacquey van de TU Delft gekocht. Zodra het er winst mee maakt, ontvangt de universiteit bovendien royalty‘s.

Trostomaten

De loonlijst van Lacquey is nog bijzonder kort. Alleen de namen van Wisse en medeoprichter en CEO Richard van der Linde staan erop. De starter heeft wel afspraken gemaakt met de Delftse universiteit dat het op projectbasis medewerkers uit het robotlab kan inzetten. Wisse: ’In principe kunnen alle bedrijven dat, maar het is voor mij net iets makkelijker om de juiste persoon te vinden en te zien wie er wanneer tijd heeft. Overigens zorgen we er goed voor dat de scheiding tussen bedrijf en universiteit heel duidelijk blijft. Anders krijgen we later misschien de beschuldiging van oneigenlijke staatssteun. Dat moet je allemaal netjes documenteren.‘ Wisse werkt officieel ongeveer één dag in de week aan Lacquey, deels op de universiteit, deels thuis. Maar eigenlijk gaan de meeste avonden eraan op, geeft hij toe.

Nu de productontwikkeling grotendeels is afgerond, kunnen Van der Linde en Wisse zich focussen op de verkoop. ’Het is een traject dat wat langer duurt‘, denkt Wisse. ’We zijn immers toeleverancier van een onderdeel. We leveren geen compleet systeem dat uiteindelijk bij een klant komt te staan. Daarom moeten we eerst aan de sorteerders en verpakkers uitleggen wat er mogelijk is. Daarna moeten we dat ook vertellen aan hun toeleveranciers met wie we dan het totaalsysteem moeten opbouwen.‘

Normaal gesproken komen dergelijke systemen van een systeemintegrator. Een witlofverpakker vraagt of de integrator een automatische lijn kan maken, waarna deze op zoek gaat naar de beste oplossing. Wat kan hij inkopen en wat moet hij zelf maken? ’Een grijper moesten ze meestal zelf ontwerpen‘, weet Wisse. ’Dat mondt altijd uit in een suboptimale oplossing. Gewoon omdat ze er geen tijd voor hebben om er écht goed over na te denken. Underactuation mag dan een bekend principe zijn, het begrijpen van de technologie is toch net iets te moeilijk voor een systeemintegrator. Hoe ontwerp je het nou? Hoe kies je die lengtes, de veerstijfheden en de vormen? Als je de technologie verkeerd implementeert, krijg je een instabiele greep. Zijn de scharnierpunten fout, dan kan de grijper de paprika niet vasthouden. Alle afstanden in het ontwerp doen ertoe. Uiteindelijk moet de som van de momenten en de som van de krachten nul zijn. Het is pure werktuigbouwkunde.‘

Lacquey kijkt goed om zich heen waar de noden liggen. ’Er is een grote markt voor trostomaten‘, zegt Wisse. ’We hebben al tests gedaan met onze grijper en hij kan het aan. Het gaat alleen nog niet betrouwbaar genoeg. Het hangt er net vanaf of je de goede tomaat pakt of je een goede greep hebt. Misschien moeten we meer vingers nemen. De oplossing hebben we nog niet, we zijn nog aan het ontwikkelen.‘

De Delftenaren hebben de ambitie om tot een catalogus te komen vol met gespecialiseerde groente- en fruitgrijpers. Een paprikaboer zit immers niet te wachten op een oplossing die eigenlijk op maat gesneden is voor witlof. Lacquey heeft redelijk wat spelingsmogelijkheden: de lengte van de vingers, de afstand ertussen, en zelfs het aantal vingers en het aantal kootjes.

Lacquey is verantwoordelijk voor de productontwikkeling; de productie besteedt de start-up uit aan Hittech Multin uit Delft. Het heeft ook al een goede relatie opgebouwd met Rolan Robotics. Deze robotarmspecialist uit Zwaag heeft de Lacquey-grijper opgenomen in zijn assortiment. Wisse: ’Als er iemand bij ons aanklopt voor een totaaloplossing, kunnen wij ze naar Rolan verwijzen.‘

Voor Lacquey is het nu wachten op een eerste toepassing in de praktijk. Er lopen al gesprekken over pilotprojecten, maar Wisse wil daar nog niet al te veel over kwijt. ’Klanten kijken eerst de kat uit de boom‘, aldus de CTO. ’We zijn er natuurlijk van overtuigd dat het allemaal werkt, maar de praktijk zal waarschijnlijk nog wel wat kinderziektes boven water brengen. Dat is al eerder gebeurd. Om een voorbeeld te geven: eerst staken de asjes van de vingers enigszins uit. Met een borgring hielden we de asjes op hun plaats. Maar als je een zachter product probeert op te pakken, kom het tegen die uitstekende asjes aan, met een mogelijke beschadiging als gevolg. In het nieuwe ontwerp hebben we dus voor een andere montagetechniek gekozen waardoor de assen niet meer uitsteken.‘

Kracht

Wisse constateert een verandering in de manier waarop robotbouwers naar hun systemen kijken: ’Het is leuk om te zien dat de oude denkwijze over automatisering niet werkt voor veel toepassingsgebieden. Vroeger was het allemaal positiegestuurd: je bouwde ofwel een systeem dat steeds naar een vaste positie ging, ofwel een systeem dat altijd dezelfde beweging maakte. Het was altijd positie, positie, positie. Wij zeggen: je moet het omdraaien. Het product bepaalt de positie, dus we moeten denken in krachten.‘

Dat past prima in de filosofie van het robotlab waar Wisse en zijn collega‘s onder meer de Tulip-looprobot ontwikkelden. ’Bij het zwaaien van het been maakt het eigenlijk niet zo veel uit hoe het beweegt, als het maar energiezuinig is. Het gaat erom waar de voet landt. De meeste robotbouwers leggen zo‘n beweging volledig vast. Dat kost nogal wat kracht en dus onnodig veel energie. De aanpak levert bij de looprobots energiewinst op, bij de grijper geeft de benadering ons een stuk meer adaptiviteit en voorzichtigheid.‘

Kijk hier voor een filmpje van de grijper in actie.