VISION & ROBOTICS. Robot Trends. Robots verwerken voedsel. Basisregels voor grijperselectie. Lenseigenschappen op een rij

Transcriptie

1 VISION jaargang 1 nummer 2 april 2009 & ROBOTICS Robot Trends Robots verwerken voedsel Basisregels voor grijperselectie Lenseigenschappen op een rij Kom ook naar de beurs op 16 en 17 juni.

2 Perfect: 100% Faults: 0.00 take your test drive today Common Vision Blox Programming libraries for imaging professionals Developed by Europe's largest independent supplier of imaging technology, Common Vision Blox (CVB) is the perfect software platform for quick and reliable development and implementation of imaging applications. It is a powerful, modular, flexible and, at the same time, cost-effective solution for image acquisition and processing. Based on open architecture all common acquisition technologies such as CameraLink, IEEE-1394, USB, GigE Vision and GenICam are fully supported. In addition to the extensive set of standard tools, CVB offers a large selection of highly specialized tools, as well as the possibility to integrate custom code for total flexibility. CVB Foundation Package the easy entry package The Common Vision Blox Foundation Package is a complete, easy to use, comprehensive collection of optimised image processing functions. Based on the CVB Image Manager it offers unique functionality in image acquisition, image handling and image processing, allowing you to control many different types of image acquisition hardware, as well as providing an optimised image display. Basic functionality is possible using predefined tools as well as the ability to use custom algorithms. It is also easily possible to quickly create applications based on the samples delivered for all supported compilers. In addition to core vision technologies the CVB Foundation Package contains an extensive set of optimised algorithms for edge detection, blob analysis and the segmentation of objects. Functions for statistical image analysis or correlation of images, as well as functions for filtering of images or superimposing destructive text overlays are also included in the package. Completed by an extensive range of arith metic and logical functions, it even contains functions for binarization using dynamic thresholding, colour space conversion functions, Bayer to RGB decoding and an algorithm for 2D spatial calibration of image data. The CVB Foundation Package is completed by itution, a graphical programming user interface. Phone +31 (0)

3 Colofon Vision & Robotics is hét vakblad over automatiseringsoplossingen voor de maak-, agro-en foodindustrie door specialisten in robotica en visionsystemen. jaargang 1 nummer 2 APRIL 2009 Vision & Robotics verschijnt zes maal per jaar. Toezending geschiedt op abonnementbasis en controlled circulation. Uitgever Henk van Beek, Fenceworks BV Telefoon: henk@fenceworks.nl Redactie Liam van Koert, Verbal Essence Joanna Hughes, Verbal Essence redactie@visionandrobotics.nl Redactieraad Pieter Jonker, TU Eindhoven en TU Delft Jaap van de Loosdrecht, Computer Vision Lab, NHL Martin van de Have, RAB en ABB Fred Bokhorst, RAB en Ferdar Bas van Wondergem, DVC Vormgeving Laura Willemsen, Grafisch ontwerp Druk JB&A van driel drukkerij Postadres redactie Postbus 82, 2460 AB Ter Aar christel@fenceworks.nl Abonnementen abonnementen@visionandrobotics.nl Advertentie-exploitatie Henk van Beek Aan dit nummer werkten mee Jan Nieuwkoop, Safora S.S. Macdonald-Akrum, Fred Bokhorst, Martijn Wisse, Pieter Jonker, Hans Lenos, Pom Yuan Lam, Marco Schmid, Anders Frederiksen, Yves De Groote, Reinold Tomberg 2009 Fenceworks BV LIAM van koert Ode Sommigen denken dat een robot duur is. Anderen denken dat hij complex is en weer anderen vrezen voor hun baan. Onzin natuurlijk. Een robot verdient geld, is niet moeilijker te implementeren dan een machine en doet het werk dat mensen niet willen, kunnen of mogen doen. We zouden dus beter kunnen stellen: de robot is naast een goede en flexibele investering, sexy en een feest van herkenning. Het is de machine die we naar ons evenbeeld maken. Of het nu gaat om de industriële gespierde arm of om de robot die we laten voetballen, verplegen of knuffelen, we zien er een stukje van onszelf in en vinden het heerlijk ons te verbazen over wat de robot allemaal kan. En dankzij de steeds beter wordende ogen en krachtigere bovenkamers kunnen ze inderdaad enorm veel. De artikelen in de huidige uitgave van deze uitgave van Vision & Robotics bewijzen dat maar eens te meer. Waar de mens volgens de arbo maar enkele kilo s herhaaldelijk mag tillen, verplaatst de robot een veelvoud. Onophoudelijk, secuur en zonder te mopperen. Waar het voor de mens te koud, te warm of te gevaarlijk is, snelt onze trouwe zesvoeter of driewieler ons te hulp. En waar de jeugd de fascinatie voor de techniek dreigt te ontglippen, wordt de robot ingezet om middels competities het technische hart weer sneller te doen kloppen. De maatschappelijke impact van de robot zal enorm zijn. Maar slechts een handjevol mensen is er zich echt bewust van. Mondjesmaat worden er clubjes opgericht die er serieus werk van gaan maken. Een paar jaar terug werd de RAB opgericht en enkele weken geleden zag er een nieuwe club in Twente het licht. En hoewel er op de technische universiteiten hele spannende dingen gebeuren, is er geen studie robotica, en houdt de politiek zich afzijdig. Dat is jammer, als je je realiseert dat ons kleine landje hoge ogen gooit op het robottoneel en hier ontwikkelde robottechnologie best wel eens de redding van de Nederlandse industrie zou kunnen zijn. Ik wil niet zover gaan en oproepen het voorbeeld van een land als Zuid-Korea te volgen, waar de emancipatie van de robot in de grondwet is verankerd. Maar een kleine ode, in de vorm van een duidelijke visie en beleid, lijkt mij toch wel het minste wat onze robot verdient. Column 03

4 WORD GRATIS LID Wilt u het vakblad Vision & Robotics gratis ontvangen? Neem dan contact op en ontvang Vision & Robotics zes keer per jaar GRATIS. V&R is hét onafhankelijke vakblad voor machinebouwers, system integrators en eindgebruikers van productielijnen in de maak-, agro- en foodindustrie. Het blad brengt fabrikanten van vision- en robottechniek samen met beslissers, engineers, technisch management, hoofden TD en hoofden productie. Onderwerpen die aan bod komen zijn onder andere: Camera-/Visionsystemen Beeldverwerking Belichtingsmethoden (Kwaliteits)inspectie Robotsystemen Kinematische modellen Simulatie Kunstmatige intelligentie Aandrijvingen en besturingen Normen Toevoersystemen Veiligheid Wetgeving Bedrijfsvoering Het vakblad werkt nauw samen met brancheorganisaties, opleidingsinstituten en overheid om een volledig en betrouwbaar beeld te creëren bij de lezers op het gebied van Vision & Robotics. Contact Redactie-adres: Vision & Robotics postbus AB Ter Aar redactie@visionandrobotics.nl telefoon:

5 In dit nummer Met een hygiënische jas mag het wel Grip op de zaak 12 Spieken mag weer (deel 2) 15 Systeemintegrator kleurt de kaasbranche geel 23 Robotspin redt levens 26 Automatische Green Pin productie 32 Rubrieken Redactioneel 03 Colofon 03 Nieuws RoboCup 18 Branche Bulletin 20 Robotveiligheid 30 Gastcollege 36 Productnieuws 38 Adverteerdersindex 41 RAB-column 42 APRIL 2009 VISION & ROBOTICS Inhoud 05

6 Het project wordt gefinancierd door de Europese Commissie. Indien succesvol, hoopt het team dat de vis wereldwijd zal worden ingezet om vervuiling in meren, rivieren en oceanen te detecteren. De levensechte schepsels, die de bewegingen van echte vissen nabootsen, zullen worden uitgerust met kleine, chemische sensoren om de bron van schadelijke vervuilingen in de verschillende wateren op te sporen. Hierbij kan gedacht worden aan in havens gelegen schepen of lekkende pijplijnen. De vissen communiceren onderling middels geluidsgolven en de informatie zal vanuit een oplaadstation, waar de vissen hun batterijen kunnen opladen, middels WiFi aan de havenautoriteiten worden doorgegeven. Dit zal de autoriteiten in staat stellen om de bron en de schaal van de vervuiling realtime in kaart te brengen. In tegenstelling tot eerdere robotvissen die op afstand bestuurd worden, zullen deze vissen over een autonome navigatie beschikken, wat hen in staat stelt om onafhankelijk, dus zonder menselijke inmenging, in de haven rond te zwemmen. Tevens stelt ze dit in staat om zelf naar een oplaadpunt te zwemmen wanneer hun batterijen, welke ongeveer acht uur meegaan, bijna leeg zijn. Rory Doyle, een senior onderzoeker bij BMT die het project begeleidt, beschrijft het als uniek in de wereld. De wetenschappers hebben hierbij de allernieuwste technieken toegepast. Hoewel het gebruiken van een school vissen om vervuiling in havens op te sporen sciencefiction lijkt, zijn er hele praktische redenen om Het Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (Isit) heeft een kracht- en koppelsensor ontwikkeld die mensen en robots veilig moet kunnen laten samenwerken. Robotarmen voorzien van het nieuwe metertje hebben het door als ze in aanraking komen met een mens, en ze kunnen hun beweging in een reactie daarop onmiddellijk stilzitten. Een klap van de robot krijgen in de fabriekshal, is er dan ook niet meer bij. De sensor kan gewoon worden aangebracht op het staal van de robotarm. Hij werkt als een rekstrookje: als een draad oprekt, neemt zijn weerstand toe en, als er een stroompje loopt, de stroomsterkte af. Het verschil met conventionele modellen is echter dat de Duitsers één vierkant stukje silicium als hart van de sensor kozen. Elke zijde hangt aan een bruggetje, die eveneens fungeert als weerstandsmeter. Bij de minste aanraking van het siliciumblokje verandert de mechanische spanning die op de vier bruggen staat, en resulteert dus in een meetbare weerstandsverandering. Het Fraunhofer heeft ook aan de centjes gedacht. Eenmaal in massaproductie genomen, verwachten we dat onze sensor veel goedkoper is dan conventionele krachtmeters. Daarmee zijn ze breed inzetbaar, zegt Isit-baas Jörg Eichholz. De sensor is tevens minder foutgevoelig en hij kan helpen bij het programmeren van robots. Robotvissen helpen bij bestrijding vervuiling Door Britse wetenschappers ontwikkelde robotvissen worden eind volgend jaar te water gelaten om te helpen bij het opsporen van vervuiling in de zee. De op karpers lijkende robots zullen worden losgelaten in de haven van het Spaanse Gijon, als onderdeel van een drie jaar durend onderzoeksproject. voor deze oplossing te kiezen. Door robotvissen in te zetten, maken we gebruik van een ontwerp waar honderden miljoenen jaren evolutie aan vooraf zijn gegaan en wat ongekend energiezuinig is. Deze energiezuinigheid hebben we nodig om te zorgen dat de chemische sensoren uren onafgebroken hun onderwaterwerk kunnen doen, aldus Doyle. We zullen een systeem maken waarmee de vissen onder water kunnen zoeken. Hierdoor kunnen we niet alleen chemicaliën op het wateroppervlak (zoals olie) analyseren, maar ook andere stoffen die in het water oplossen. De vijf vissen worden gebouwd door professor Huosheng Hu en zijn roboticateam van de School of Computer Science and Electronic Engineering aan de Universiteit te Essex in het Verenigd Koninkrijk. De vis, die circa euro kost om te maken, zal een lengte hebben van 1,5 meter en zwemt met een maximale snelheid van één meter per seconde. Fraunhofersensor voor betere samenwerking 06 Nieuws

7 Nieuws Japan bereidt zich voor op robotverplegers Een Japanse staatsambtenaar heeft recentelijk aangekondigd dat het land binnenkort veiligheidsregels gaat opstellen voor robotverplegers. In de snel vergrijzende Japanse samenleving zullen deze robots binnen vijf jaar tijd mensen dienen. We hopen dat, door het opstellen van noodzakelijke regelgeving voor service robots, de Japanse robotica-industrie de wereldmarkt zal blijven leiden, stelt Motoki Korenaga van het Ministerie van Handel en Industrie. Japan wordt geconfronteerd met een tekort aan zorgverleners voor bejaarden. De voorheen strenge immigratieregels zijn reeds versoepeld, om zo honderden verplegers van de Filippijnen en Indonesië naar het land te halen. Aangezien het ouder worden van de bevolking een algemeen probleem is in ontwikkelde landen, wil Japan een geavanceerd land worden op het gebied van de ouder wordende bevolking en het gebruik van robots, voegt Korenaga toe. De nieuwe Energy and Industrial Technology Development Organisation zal deze maand een vijfjarig project opstarten ter verbetering van de veiligheidsnormen voor de volgende generatie robots. Circa zeventig procent van de industriële robots wereldwijd worden door Japanse bedrijven gemaakt. Het ministerie van Handel verwacht een groei in de Japanse roboticamarkt van $63.5 miljard in Melexis neemt Sensata Vision over Melexis, producent van halfgeleiders voor vooral de automobielindustrie, neemt de visionafdeling van het Amerikaanse bedrijf Sensata Technologies, gespecialiseerd in sensoren en controlesystemen, over. Het bedrijf ziet de cameratechnologie van Sensata Vision als een aanvulling op de ontwikkeling van zijn eigen beeldsensoren. Ook past de technologie volgens Melexis perfect in de trend om steeds meer beeldvormingsproducten, onder meer rond nachtvisie en adaptieve cruise control, te integreren in veiligheidstoepassingen voor auto s. De onderneming verwacht dat de transactie tegen eind april zal zijn afgerond. De overnameprijs is niet bekendgemaakt. Volgens CEO Rudi De Winter is de cameratechnologie van de overgenomen afdeling complementair met de huidige beeldsensoren van het bedrijf. Volgens Melexis zal de overname van de visionafdeling van Sensata een onmiddellijk voordeel opleveren voor klanten die reeds bestaande opto-elektronische en camera imager-producten gebruiken. Systemen voor nachtvisie, die waarschuwen wanneer een rijvak onvrijwillig wordt verlaten, die verkeersborden herkennen en een adaptieve cruise control, worden op steeds grotere schaal toegepast en aangeboden door autoconstructeurs. De transactie zal naar verwachting tegen eind april zijn afgerond. Melexis zal vervolgens de overgenomen activiteiten snel integreren om de voordelen voor huidige en toekomstige klanten te maximaliseren. Robotics Centre Twente van start Robots worden nog vooral ingezet in de industrie, bijvoorbeeld voor het in elkaar zetten van auto s, maar kunnen ook de afwas doen, een chirurg assisteren bij een operatie, of de stoep vegen. Dergelijke niet-industriële toepassingen vormen de toekomst van de robotica een land als Japan loopt daarin voorop. Maar met de voortschrijdende vergrijzing en afnemende aanwas van jonge (zorg)werkers, groeit ook in Nederland de behoefte aan slimme robotondersteuning van allerlei (dagelijkse) activiteiten. In Twente werken onderzoekers al aan niet-industriële robots. De Universiteit Twente en hightech bedrijven uit de regio, verenigd in Mechatronica Valley Twente, hebben daarvoor de Stichting Romech (Advanced Robotics & Mechatronics) opgericht. Onder de vlag van Romech gingen eind vorig jaar Twentse robotonderzoekers en ondernemers op verkenning naar Japan. De inspiratie die zij daar opdeden, heeft geleid tot het initiatief voor een Robotics Centre Twente, dat is neergelegd in het rapport The Future of Robotics. Het centrum moet persoonlijke ondersteuning, intelligente diensten en medische robots gaan ontwerpen en daarvoor maatschappelijk zinvolle toepassingen ontwikkelen. De start van het Robotics Centre Twente is een vliegende, want er lopen al de nodige aansprekende projecten. Zo wordt in het Teleflex-project gewerkt aan de besturing van zogeheten sleutelgatoperaties met behulp van een chirurgierobot. Maar ook is een veegrobot, voor het slim schoonmaken van de openbare ruimte, in ontwikkeling. En samen met onder meer Het Roessingh wordt gewerkt aan robotondersteuning van patiënten bij hun revalidatie. Een blikvanger van het onderzoek is de Twente Humanoid. Het bouwen van een mensachtige robot is geen doel op zich, maar moet resulteren in nieuwe, geavanceerde technieken die bijvoorbeeld in servicerobots toepassing kunnen vinden. Zo zal in de komende jaren het Twentse robotonderzoek, onder de paraplu van het Robotics Centre Twente, steeds meer vorm krijgen. KUKA opent vestiging in Canada KUKA Robotics Corporation, producent van industriële robots, heeft onlangs bekend gemaakt dat zij uitbreidt naar Canada. Deze expansie is nodig vanwege de groeiende vraag naar innovatieve automatiseringsoplossingen en verdere ondersteuning hierin voor Noord-Amerika. De Canadese vestiging zal diensten leveren voor het stijgende aantal KUKA Robotics klanten in Canada door middel van lokale verkoop, diensten en ondersteuning. Deze branche maakt het voor het bedrijf mogelijk om directe service te bieden aan bestaande en aan nieuwe klanten. De robots van KUKA worden voor veel verschillende toepassingen gebruikt in de robotica-industrie, zoals medisch, logistiek, voeding en de kunststof industrieën. Ook worden de producten gebruikt in diverse andere toepassingen, zoals verpakkings-, palletiseer - en laswerkzaamheden. Plannen voor de locatie van de vestiging en de opening zullen in de nabije toekomst bekend worden gemaakt. De moedermaatschappij van KUKA Robotics Canada Ltd. is KUKA Roboter GmbH in Augsburg te Duitsland (van de KUKA Aktiengesellschaft groep). Er werken wereldwijd ongeveer medewerkers bij het bedrijf, waarvan er medewerkers in Duitsland werkzaam zijn. In 2008 bedroeg de verkoop 474 miljoen euro. Er zijn in totaal 26 vestigingen in Europa, Noord- en Zuid-Amerika en in Azië. Nieuws 07

8 Robots in de voedingsmiddelenproductie zo gek nog niet Met een hygiënische jas mag het wel Robots zijn in de voedingsmiddelenindustrie vooral te vinden in de verpakkings- en de expeditieafdeling, en nog maar beperkt in de productieafdeling. Nochtans heeft een robot ook daar zijn voordelen. Tijdens de Anuga FoodTec, Europa s grootste voedingsmiddelen machinevakbeurs, toonde K-Robotix GmbH uit Bremen een volledige productie- en verpakkingslijn voor hamburgers, de Robotik-Pack-Line. Dit bedrijf trad op als systeemintegrator en projectmanager van dit demonstratieproject voor de voedingsmiddelenindustrie. Yves De Groote, textburo 08 Robot Trends

9 In nogal wat voedingsmiddelenbedrijven staan productiemedewerkers aan de lopende band voor uiteenlopende werkzaamheden en lopen rond om de productievoortgang mogelijk te maken. De productie vindt deels batchgewijs plaats, afhankelijk van het productieproces. In een bakkerij halen productiemedewerkers de koeken van de bakplaat en leggen die op een lopende band naar de verpakkingslijn. In een slagerij worden dan weer de stukken vlees van de versnijdafdeling op lopende banden naar de verpakkingsafdeling gelegd. Medewerkers in een kaasgroothandel of kaasfabriek keren regelmatig de kazen om bij het rijpen op planken. In het bijzonder is er de nodige handenarbeid bij het beleggen van broodjes of gevulde wraps met vlees, kaas, diverse groentes en saus of voor andere samengestelde gemaksproducten. Soms verschilt een voedingsmiddelenbedrijf hier niet veel van een (groot)keuken. Verschil zit hem in de productievolumes en het aantal medewerkers die veelal steeds hetzelfde werk doen, dat geheel of toch minstens voor een deel ook door robots uitgevoerd kan worden, weet Rolf Peeters, directeur van K-Robotix GmbH. Meteen noemt hij ook de belangrijkste voorwaarde voor robots: schaalgrootte, die in verhouding moet staan met de investeringen. Drijfveren Lagere arbeidskosten en dus een betere marge voor de fabrikant en betere hygiëne, kwaliteit en voedselveiligheid zijn de voornaamste drijfveren voor robotisering in de voedingsmiddelenproductie. Een belangrijk voordeel een robot is dat deze in principe 24 uur per dag en zeven dagen per week in is te zetten. Robots worden niet ziek, ze gaan ook niet met vakantie en hebben geen redenen om te staken. Alleen voor eventueel onderhoud moet de robot even rusten. Robots raken ook niet vermoeid of verveeld door repetitief werk, en zijn bijzonder snel. Volgens Peeters zijn tweehonderd repetitieve handelingen per minuut geen probleem. De hygiëne- en kwaliteitswinst komt allereerst door het ontbreken van contact tussen de mens en het product. De mens in het bijzonder zijn handen en hoofd- is één van de belangrijkste besmettingsbronnen voor bederf- of ziekteveroorzakende bacteriën in of op producten. Dit risico geldt vooral wanneer er bij de bereiding van het product veel handarbeid komt kijken, zoals bij een broodje of een kant-en-klare maaltijd(component). Een belangrijk bijkomend voordeel van de robot is dat deze zelfs onder speciale (extreme) condities operationeel is. Zo kan een robot, in tegenstelling tot de mens, ongestoord werken bij extreem lage temperaturen, dan wel onder een gewijzigde atmosfeer met (sterk) verhoogde concentraties stikstof, zuurstof, argon of koolmonoxide. Deze stoffen worden ook aan voorverpakte producten toegevoegd voor een langere houdbaarheid. Een belangrijk voordeel op een ander vlak dat Peeters nog meldt, is de extra hoeveelheid informatie die dankzij robots als onderdeel van de automatisering uit het productieproces gehaald wordt. Hij wijst in het bijzonder op het procesverloop dat nauwkeurig geregistreerd wordt, zoals stilstanden en andere storingen. Ook kan een robot op een relatief klein vloeroppervlak een groot aantal taken combineren, terwijl hiervoor standaard diverse machines op een groter oppervlak voor nodig zijn. Hij kan dozen opzetten, vullen, sluiten en voorzien van labels. Robotic-Pack-Line De Robotic-Pack-Line, zoals het hamburgerbroodjes demonstratieproject op de Anuga FoodTec genoemd werd, bestaat uit een twintigtal modules die volledig geïntegreerd zijn in een volledige geautomatiseerde productie- en verpakkingslijn. Hierdoor is een continu productieverloop mogelijk. De besturing vindt centraal plaats door een productiecontrolesysteem van CBS-System AG. De modules zijn gekoppeld met behulp van verschillende veldbussystemen als Profibus, Fieldbus en Modbus, vertelt Rolf Peeters. Dit bedrijf trad op als systeemintegrator en projectcoördinator. De besturing van de productielijn is niet bijzonder, zegt hij. Deze is niet veel anders dan voor een standaardproductielijn met procesinstallaties. Over het programmeren van de robots moeten gebruikers zich ook geen zorgen maken. Dat hoeven en doen ze ook niet bij de machinebesturing. Hamburgers Onder strenge, hygiënische en aseptische condities stellen vier robots in een gesloten ruimte onder overdruk de volledige hamburger samen. Ecolab Deutschland GmbH en Weiss Klimatechniek GmbH Geräte- und Anlagebau leverden hiervoor de luchtsystemen. De producten worden verpakt per twee stuks naast elkaar in een kunststof verpakking. Deze worden vanuit een Sealpac-systeem automatisch op de centrale lopende band aangevoerd. Allereerst plaatst de nieuw ontwikkelde Pac-Box robot 1, met een Scara robot van Toshiba Machine/TM Robotics (zie kader), twee halve buns (hamburgerbroodjes) naast elkaar in een verpakking. De buns komen via een parallelle lopende band aan. Een doseereenheid van de firma Pamog GmbH doseert op elk broodje exact acht gram ketchup, terwijl de band verder loopt. Terwijl de volgende verpakkingen er aan komen, pakt de Pac-Box robot 2 twee hamburgers van een tweede parallelle baan en legt die netjes op de twee broodjes, bovenop de tomatensaus. De band loopt gewoon door. Voordat de verpakking met een folie gesloten wordt, pakt Pac-Box robot 3 twee plakjes kaas op van een korte lopende band en legt die op het rundvlees. De plakjes kaas waren kort ervoor in een aparte installatie van het bedrijf Treif Machinenbau GmbH gesneden. De broodjes zijn nu gereed voor verpakken. De schaalgrootte moet in verhouding staan met de investeringen Dat gebeurt in een Sealpack-installatie, waarbij in de verpakking een hoeveelheid speciaal samengesteld gas wordt gedoseerd om bederf te voorkomen. Aan het eind van de lopende band pakt de Pac-Box robot 5 de consumentenverpakking op en zet die op dit op de lopende band, die door een inspectieapparaat van Mettler-Toledo Product Inspection GmbH loopt. Daar vindt, met behulp van röntgenstralen, gewichtscontrole en controle op de afwezigheid van vreemde voorwerpen plaats. Alleen producten die voldoen aan de specificaties worden doorgelaten. Een etiketteermachine van SES GmbH brengt automatisch een etiket aan met een Robot Trends 09

10 unieke barcodering. De juistheid en leesbaarheid van het etiket wordt gecontroleerd door een systeem van CLK GmbH. Ondertussen vormt een traypacker van Wächter Packautomatik GmbH & Co de omdozen voor vier consumentenverpakkingen. De Pac-Box robot 6 plaatst deze automatisch naast elkaar. Een Delta Picker van Wächter Packautomatik pakt een deksel op van een stapel en legt die op elke verpakking. Vervolgens brengt een systeem van Signode automatisch op twee plaatsen een dunne band om de verpakking aan, zodat de doos goed gesloten is. De dozen komen nu op een rollenband, waarna een Paro palletiseerrobot van roteg AG de Europallets stapelt. De pallets zijn dan klaar voor transport naar de retail en de groothandel. Pac-Box De Pac-Box is een volledig nieuw robotsysteem, dat sinds kort op de markt is. Centraal staat de Scara robot van Toshiba Machine/ TM Robotics. Deze robots zijn vooral nuttig wanneer producten niet geordend worden aangevoerd, en waarbij snelle verplaatsingen benodigd zijn. Voor het bepalen van de oriëntatie van het op te pakken product wordt vision ingezet. De oppaksystemen voor de broodjes zijn geleverd door Jensen Greiftechnik GmbH. LMD GmbH is de leverancier voor de hamburgers. Het visiondeel is afkomstig van Mevisco GmbH & Co. De programmering voor de verschillende toepassingen van de robot werd gedaan door K-Robotix. Het bedrijf Buhrmann bouwde het raamwerk voor het systeem. Uitdagingen Het hygiënisch ontwerp van robots is een belangrijke uitdaging voor de verdere robotisering in de productieomgeving van de voedingsmiddelenindustrie. Het aantal zogenoemde food grade robots is vooralsnog beperkt. Dat was ook de reden dat de robots in de Robotik-Pack-Line omhuld waren door een hygiënische kunststoffen jas, aldus Rolf Peeters. In de procesinstallaties is hygiënisch ontwerp al ver gevorderd, en waar dat niet het geval is, wordt goed en regelmatig gereinigd. De voedingsmiddelenindustrie stelt immers (steeds) hoge(re) eisen aan hygiëne in de productie. Wettelijk gezien zijn de voedingsmiddelenindustrie niet alleen verantwoordelijk voor de kwaliteit en voedselveiligheid van hun voedingsmiddelenproducten, maar ook voor de risico s van de procesinstallaties en het nemen van de nodige maatregelen om risico s tot een minimum te beperken. Dit staat in de verplichte HACCP-richtlijn (zie kader). Robotfabrikanten Volgens de welbekende Machinerichtlijn 89/392/EEC voor fabrikanten van machines en onderdelen voor procesinstallaties, moeten machines voor de voedingsmiddelenindustrie zo ontworpen en gebouwd zijn dat de consument geen gezondheidsrisico s oploopt. Daarom moeten machines voldoen aan een aantal hygiënische voorschriften. Hiervoor bestaan in het bijzonder voor de machine-industrie twee officiële hygiënenormen: NEN-EN en ISO Deze normen zijn allebei gebaseerd op gepubliceerde richtlijnen van de op het vlak van hygiënisch ontwerpen pionierende European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG). 010 Robot Trends

11 Deze organisatie is een prachtig voorbeeld van samenwerking tussen de gebruikers van apparatuur en de fabrikanten. Dat is meteen ook de grote kracht van EHEDG. De groep werd in 1989 opgericht door fabrikanten van machines voor de voedingsindustrie (Alfa-Laval, APV, Robert Bosch, Serac, Tetra Pak en Tuchenhagen), de voedingsmiddelenindustrie (zoals bijvoorbeeld Cargill, Danone, Heinz, Kraft General Foods, Nestlé, Unilever) en verschillende onderzoeksinstellingen (waaronder Bundesanstalt für Milchforchung, CFDRA, INRA Frankrijk, evenals diverse universiteiten. TNO in Nederland volgde later, alsmede de gezondheidsorganisaties van de overheid (MAFF, Groot-Brittannië en het Duitse Bundesgezundheidsambt). Robot EHEDG-richtlijn Inmiddels zijn er verschillende EHEDG-richtlijnen. Naast richtlijnen voor met name appendages of materialen in contact met voedingsmiddelen, zijn er ook richtlijnen voor aseptische systemen of drooginstallaties. Vraag is of er in de toekomst een EHEDG-richtlijn komt voor hygiënisch ontworpen robots? Het antwoord laat nu nog op zich wachten. Kijk voor meer informatie op Ga ook eens naar voor het bezichtigen van een videofilm over dit onderwerp. productieproces waar deze gevaren effectief beheerst kunnen worden (CCP = Critical Control Points). De HACCP-filosofie bestaat uit zeven belangrijke principes: De mogelijke gevaren die zich in een product kunnen voordoen worden bepaald. Het gaat om microbiële gevaren (bederf van de producten), verontreinigingen (zowel chemische verontreiniging als vreemde voorwerpen); De punten in het productieproces waar de gevaren doeltreffend beheerst kunnen worden, moeten als kritische controlepunten worden vastgelegd (bijvoorbeeld een sterilisatieproces). Voor deze kritische punten worden grenswaarden vastgelegd; Op deze punten wordt het gevaar beheerst door metingen van de werking van de installatie; Vooraf worden correctieve maatregelen vastgelegd, die toegepast moeten worden als de metingen afwijkingen aantonen; Het volledige systeem moet regelmatig gecontroleerd worden op zijn doeltreffendheid en regelmatig aangepast worden aan wijzigingen van het proces of aan het product; Alle handelingen in het bedrijf moeten geregistreerd worden. HACCP HACCP is een kwaliteitsmethodiek die bedrijven moeten toepassen om de voedselveiligheid van de voedingsproducten te waarborgen. Deze methode steunt op twee belangrijke pijlers: het analyseren van de mogelijk gevaren (HA = hazard analysis) en het bepalen van de punten in het Achtergrondinformatie: Voedselveiligheid in bedrijf, Reed Business, T. Wijtzes, C. Wijtzes, S. van Hagen en Y.G.M. De Groote, Robot Trends 011

12 Liam van Koert Basisregels voor grijperselectie Het kiezen van de juiste grijper voor een robotapplicatie is een vak apart. Vaak zijn er meerdere mogelijkheden waarmee hetzelfde effect bereikt kan worden. Maar afhankelijk van de specifieke toepassing en de doelstelling is de ene oplossing beter dan de andere. Een gesprek met experts bij Festo werpt licht op de verschillende parameters die bij grijperselectie een rol spelen en levert een tabel op die mechanisch grijpen en vacuüm grijpen naast elkaar legt. Grip op de zaak Wellicht is het verhelderend, steekt Paul Frölich, Product Marketing Manager Mechatronics and Positioning, van wal, dat ik eerst zeg, dat wanneer we het binnen Festo over grijpers hebben, het over de functie grijpen gaat. Deze functie kan, naast de fysieke mechanische grijper, ook worden vervuld met behulp van een zuignap die middels vacuüm een product vastpakt. Daarnaast kennen beide hoofdtypen weer hun eigen Mechanisch Vacuüm Nauwkeurigheid ++ +/- Pakflexibiliteit ( de mogelijkheid +/- ++ om toleranties op te vangen) Eigengewicht +/- ++ Graden van vrijheid (DOF) ++ - Grijptijd (evacuatietijd) +/- + Omgevingstemperatuur (bereik) +/- ++ Schoon ontwerp (voedselverwerkende - ++ industrie) Vormgesloten ++ - Krachtgesloten + ++ Energie-efficiëntie ++ + Krachtsturing ++ +/- Fragiele producten +/- ++ Tabel: Een overzicht van verschillende selectiecriteria en hoe goed mechanische grijpers en vacuüm grijpers hieraan tegemoet komen. Bij (- -) is de grijper niet geschikt, terwijl deze bij (++) zeer geschikt is. varianten. Om te bepalen wat de beste oplossing is, moet je altijd denken vanuit het product. Deze heeft namelijk een bepaalde vorm, massa, oppervlakte, elasticiteit en kwetsbaarheid. Daarna komen de omgevingsfactoren in beeld en ga je kijken hoe je een cyclustijd zo laag mogelijk kunt krijgen, of juist met zo min mogelijk energie de actie kunt uitvoeren. Hierbij zullen we in eerste instantie kijken naar standaard oplossingen, maar als deze niet toereikend zijn, dan kunnen ook klantspecifieke grijpers gemaakt worden. Omdat de praktijk altijd van de theorie afwijkt, testen we hier alles, valt Leon Haas, Product Marketing Manager Airsupply, Frölich bij. De klant breng een product langs, bijvoorbeeld een appel of peer, en met de vaste testopstelling die we hier hebben, proberen we verschillende zuignapconfiguraties in combinatie met de versnellingen in verschillende richtingen die bij een applicatie zullen optreden. Kunnen we het product repeteerbaar goed oppakken en wordt het er niet afgeslingerd? In het geval van de appel of peer is het vervolgens wachten geblazen. Het kan namelijk zijn dat de zuigkracht te groot is geweest en dat er na enkele dagen een bruine vlek zichtbaar wordt. Vacuüm Een belangrijke reden voor het kiezen van een vacuümoplossing kan het gewicht van de grijper zijn. Doordat een zuignap meestal lichter is, kan men met een kleinere en goedkopere robot uit de voeten en zal het dynamische gedrag van het systeem beter zijn. Massa s van de grijper kunnen namelijk snel oplopen. Zo is bij een palletiseertoepassing van jerrycans de grijpermassa al snel dertig kilogram. Andere redenen kunnen omgevingsfactoren als hygiëne of omgevingstemperatuur zijn. In 012 Grijperselectie

13 de voedselverwerkende industrie moet de grijper goed gereinigd kunnen worden. Een zuignapoplossing is dan meestal beter, omdat deze geen scharnierpunten bevat, legt Haas uit. Wel moet de zuignap in siliconen zijn uitgevoerd, aangezien er geen giftige microscopische deeltjes in het voedsel terecht mogen komen. Siliconen zie je ook vaak terug als er gewerkt moet worden bij hoge temperaturen. Bij elektronica handling daarentegen is siliconen uit den boze en wordt er voor zuignappen gekozen van antistatisch materiaal. Wanneer is vastgesteld dat vacuüm de beste oplossing voor een toepassing is, zijn er naast het materiaal van de zuignap nog vele keuzes te maken. Om zowel eigen medewerkers als klanten hierbij alvast op weg te helpen, heeft Festo een programma ontwikkeld dat stapsgewijs de verschillende keuzemogelijkheden doorloopt. In het geval van een vacuüm zal het programma eerst een aantal producteigenschappen willen weten. Wat is de wrijvingscoëfficiënt van de gecombineerde materialen? Wat zijn de vorm en de massa van het product en wat is de traagheid?, licht Haas het programma toe. Vervolgens kies je de vorm, inclusief het aantal balgen, de grootte van de zuignap, het aantal toe te passen zuignappen en de positie van de verschillende zuignappen. Ook wordt er om dynamische gegevens van de applicatie gevraagd. Telkens wanneer er meer gegevens worden ingevuld, slinkt het rijtje geschikte vacuümgeneratoren dat Festo standaard op voorraad heeft. Uiteindelijk maak je een keuze op basis van evacuatietijd (de tijd die nodig is om de gewenste onderdruk te bereiken), het zuigvermogen en de prijs. Met de gekozen configuratie kan vervolgens een dynamische simulatie worden uitgevoerd, waarbij metertjes aangeven of de verschillende zuignapjes het houden. Alle ingevulde waarden kunnen op elk moment worden veranderd, net Your partner for industrial robot programming Meer dan 20 jaar ervaring in het ontwikkelen van machinebesturingen en meer dan 15 jaar ervaring in het programmeren en integreren van robotsystemen maken van Alpha Robotica een ervaren partner voor zowel gebruikers als systeemintegrators. T +31 (0) F +31 (0) Informatie info@alpha-robotica.nl Grijperselectie 013

14 Een interessante grijpervorm die ook ter sprake komt, maar niet in de software is opgenomen, is de Bernoulligrijper. Onder invloed van de naar de deels Nederlandse, deels Zwitserse wetenschapper genoemde wet, zweeft het op te tillen product doordat de lucht er met hoge snelheid overheen wordt geblazen, legt Frölich de werking van de grijper uit. De grijper is door zijn contactloosheid erg geschikt voor de voedselverwerkende industrie. Daarnaast wordt het gebruikt voor lastig op te pakken producten, zoals plakjes ham, zalm of lasagne. zo lang tot alle metertjes netjes in het groen staan. Op de vraag of er ook bepaalde vuistregels zijn die van pas komen bij het doorlopen van de selectieprocedure, geeft Haas als antwoord: Natuurlijk moet je de slang tussen zuignap en generator altijd zo kort mogelijk houden in verband met verliezen. Ook de evacuatietijd heeft hieronder te lijden. Kies daarnaast niet te hoge drukken. Vaak wordt gedacht: hoe meer vermogen, des te beter het vacuüm, maar dat is onzin. In de regel is 4 tot 4,5 bar voldoende. Daarnaast heeft Festo twee verschillende typen generatoren een hoge vacuüm variant en een hoge suctionflow variant. Beide hebben een identiek verbruik echter de hoge drukvariant genereert negentig procent vacuüm en is ideaal voor vlakke en of zware producten. De hoge flow variant genereert vijftig procent vacuüm maar met een tweemaal zo hoge suctionflow. Dit maakt hem vaak een ideale generator voor hele snelle applicaties of in applicaties waarbij het product porreus is en er sprak is van lekkage over het zuignapoppervlak. Gebruik generatoren met een luchtbesparingsfunctie als je nog meer wilt besparen. Deze schakelt de generator uit als er voldoende vacuüm is bereikt, en weer in als er te weinig onderdruk is. Ook kan je flowsensoren toepassen om ervoor te zorgen dat je handling proces sneller verloopt. Zo kan je een robot alvast laten bewegen wanneer het vacuüm zeventig procent van de uiteindelijke waarde is. Mechanische grijpers Ook voor de mechanische grijperselectie is er een programma ontwikkeld waarmee de grijper kan worden geconfigureerd en vervolgens gesimuleerd. Het begint met de keuze van het type grijper, legt Haas het grijperselectie programma uit. Dit kan een parallelgrijper, driepuntsgrijper, radiaalgrijper of hoekgrijper zijn. Vervolgens worden de applicatiegegevens ingevoerd. Wat is de massa van het product, wat is de lengte van de grijpervinger en wat is het moment dat hierop komt te staan? En daarna is het de beurt aan de slag of hoek (afhankelijk van het type grijper) en de gewenste nauwkeurigheid. Je kan je namelijk voorstellen dat wanneer je bij de assemblage van een fietsslot er een millimeter naast zit, het allemaal niet meer past. Dit betekent dat de grijper op 0,1 millimeter nauwkeurig moet kunnen werken. En bij waferproductie liggen deze nauwkeurigheden in de orde van honderdsten. Ook bij mechanische grijpers speelt de wrijvingscoëfficiënt een belangrijke rol. Hierbij maakt het nog wel uit of we met een vormgesloten grijper te maken hebben of niet. Dit zijn grijpers waar het product door de vorm van de grijper al min of meer opgesloten wordt en geen kant meer op kan. Uiteindelijk laat ook dit programma zien hoe het staat met snelheden, versnellingen en jerk, en of de keuze succesvol was. Niets is wat het lijkt, besluit Frölich het gesprek. Waar je denkt dat vacuüm geen oplossing is omdat het materiaal poreus is, blijkt dit in sommige gevallen juist de beste oplossing. Uiteindelijk is het altijd beter als de eindklant nauw bij het ontwerp betrokken is. Hij kent zijn eigen op te pakken product nu eenmaal het beste. Daarna volgt een iteratief proces van ontwerpen, testen en optimaliseren. Alleen zo houd je zoveel mogelijk grip op de zaak. Software voor zowel mechanische grijperselectie als zuignapselectie is gratis te downloaden van: 014

15 Lensselectie in acht stappen JAN NIEUWKOOP DATA VISION In de voorgaande editie is uitgelegd hoe je voor jouw specifieke toepassing de juiste camera selecteert. Om te zorgen dat een voorwerp correct wordt afgebeeld op de sensor, moet je nu nog een keuze maken voor de lens. Dit zal in het tweede deel van deze reeks van drie artikelen, waarin de belangrijkste kenmerken van cameraselectie worden behandeld, aan bod komen. De relevante begrippen en mogelijkheden voor de juiste keuze voor de Spieken lens worden hieronder uiteenge- mag weer (deel 2) 1. Introductie De spiekbriefjes geven je een stappenplan om de juiste lens te selecteren. Hierbij is het noodzakelijk om stil te staan bij het bepalen van de cameraresolutie en de sensorkeuze. Dit vormt namelijk de input om de vergrotingsfactor en de brandpuntsafstand (het f-getal) van de lens te berekenen. 2. Field of View De Fiel of View is de grootte van het beeld dat door de camera omvat moet kunnen worden. Dit bestaat echter niet alleen uit de omvang van het object dat je wil vastleggen. Bij het bepalen van de FOV moet je onder andere rekening houden met de maximale objectgrootte (dimensies van het voorwerp waar je een opname van maakt) en met de mogelijke verschuiving en verdraaiing van dit object. Hieruit volgt een afmeting die je moet aanpassen aan de (gegeven) afmetingen van de sensor. De voorwerpsafstand (werkafstand) is de afstand van het object tot de camera. 3. Spatiële Resolutie (millimeter/pixel) Vision kan voor vele toepassingen worden ingezet, zoals voor de verificatie van maatvoering in een productieproces, de analyse van bloedmonsters, het detecteren van meetfouten of het uitlezen van karakters (zoals nummerplaten, houdbaarheidsdatum). Het aantal pixels dat je nodig hebt, verschilt per toepassing. Voor het vaststellen van het benodigd aantal pixels is een aantal vuistregels opgesteld. Een tweetal voorbeelden zijn dat je per letter minimaal 20*30 (H/V) nodig hebt om letters te kunnen lezen door middel van Optical Character Recognition. Voor blobanalyse is dat 4*4 pixels. Lensselectie vision 015

16 4. Cameraresolutie Voor het selecteren van de juiste camera moet je nagaan wat het kleinste detail is dat nog moet worden waargenomen. In combinatie met het aantal pixels dat hiervoor benodigd is (zie vuistregels bij stap 3) en de FOV, kunt je de resolutie van de camera berekenen. Met andere woorden; hoeveel pixels heb je echt nodig. Een voorbeeld hiervan is het volgende: als het kleinste deeltje dat je wil kunnen waarnemen 0.1 millimeter groot is, betekent dit een spatiële resolutie van 0,025 mm/pixel (uitgaande van de vuistregel 4*4 pixels voor blobanalyse). Bij een FOV (H) van 30 millimeter zou de cameraresolutie dan 1200 pixels (H) bedragen. 5. Sensorgrootte en vergroting Op basis van het benodigd aantal pixels selecteer je een sensor. Uiteraard zijn meerdere factoren hierbij van belang (zoals het aantal beelden Een belangrijk gegeven voor de selectie van de lens is de brandpuntsafstand, ofwel focal length; f = β*voorwerpsafstand. In tabel 1 vind je dit getal terug als f-getal in millimeter. per seconde, lichtgevoeligheid, bus interface); deze begrippen zijn in het eerste deel van Vision & Robotics behandeld. In tabel 1 kun je aflezen dat deze lenzen geschikt zijn voor sensoren kleiner dan een halve inch. Een sensor van tweederde inch heeft een diagonaal van elf millimeter, terwijl de lens maximaal een diagonaal van 8 millimeter kan projecteren. De vergrotings- of verkleiningsfactor D wordt berekend door het sensorformaat te delen door de FOV. 6. Lenstype Indien je een nauwkeurige meting wil uitvoeren, is perspectief-vervorming onacceptabel. Met een gewone lens treedt deze vervorming onherroepelijk op. Vergelijk dit met het kijken naar de omgedraaide tafel, waarbij u naar de binnenzijde van de poten kijkt (perspectief beeld). Het meten van de afstand tussen de tafelpoten is op basis van dit perspectief beeld onmogelijk. Om deze afwijkingen te voorkomen, wordt er gebruik gemaakt van telecentrische lenzen. Een telecentrische lens laat alleen lichtstralen door die loodrecht op de lens binnenvallen. Hiermee wordt het mogelijk om nauwkeurige metingen uit te voeren (telecentrisch beeld). 016 Lensselectie

17 7. Mount, sensor- en lensafmetingen De lens wordt op een camera geklikt of geschroefd. De wijze waarop dit is uitgevoerd, varieert per fabrikant. Ook qua afmetingen zijn er verschillende mogelijkheden. Binnen de industriële vision is de C-mount de meest voorkomende vatting. Uiteraard is de grootte van de mount bepalend voor de maximale sensorformaat. 8. Accessoires Met tussenringen en extenders wordt het mogelijk om dichter op het object te kunnen focussen. Dit resulteert in een kleinere FOV. In tabel 1 wordt de minimale voorwerpsafstand weergegeven onder Focusing Range (0,2 - ). Met een tussenring kun je dichter dan 0,2 meter komen. Appendix A: scherpte-diepte Een kleine scherpte-diepte wordt toegepast als men de voorgrond wil laten opvallen, bijvoorbeeld bij een portretfoto waarbij de achtergrond bewust vaag wordt gehouden. Het diafragma staat in zo ver mogelijk open. Een groot scherpte-diepte gebied gebruikt men als alle details belangrijk zijn, en dus scherp moeten worden weergegeven. Hierbij wordt de lensopening klein gemaakt. Nadeel hiervan is dat er weinig licht binnen komt. Appendix B: Modulation Transfer Function MTF is te omschrijven als het oplossend vermogen van een lens. Dit moet goed aansluiten bij de resolutie van de camera, anders ontstaan er artefacten bij hoog frequente signalen. Lensselectie 017

18 Humanoïde team is er klaar voor Martijn Wisse en Pieter Jonker TU Delft Team Dutch Robotics Nederland heeft ontzettend veel roboticakennis in huis. Het is de hoogste tijd dat we dit bundelen en de wereld laten zien waar we toe in staat zijn. Daarom hebben we een nationaal team opgericht om mee te doen met de meest complexe van alle RoboCup-wedstrijden: de teen-size humanoid league. Mensachtige robots van minimaal één meter lengte spelen volledig autonoom een potje voetbal. De bundeling van robotica-activiteiten komt goed op gang in Nederland, onder andere via het RoboNED netwerk onder leiding van Prof. Steinbuch, en via de 3TU federatie. Deze federatie van de Technische Universiteit Delft, Technische Universiteit Eindhoven en de Universiteit Twente is de initiatiefnemer van het Team Dutch Robotics. Inmiddels wordt het project gesponsord door Philips, Sogeti, StuD fonds, Maxon Motor, en Controllab Products. Er werken, naast mensen van de 3TU s, ook studenten aan mee van de Haagse Hogeschool, Hogeschool Utrecht en ROC Mondriaan. En zodra de hardware van de robots voldoende verfijnd is, wordt het hoog tijd dat ook Artificial Intelligence onderzoeksgroepen mee gaan doen. Een landelijk project met een zeer hightech uitstraling. Uitdagingen De robots zijn een technologisch hoogstandje op verschillende vlakken. Eén van de grote uitdagingen was om veel vrijheidsgraden in een lichtgewicht autonoom systeem te krijgen. Om te lopen, schieten en kiepen, heeft een robot minstens zes vrijheidsgraden per been nodig. Met nog twee vrijheidsgraden in de armen (om op te kunnen staan), komt het totaal op veertien. Het gewicht van alle motoren, versterkers, en electronica moet zo laag mogelijk blijven. Uiteindelijk weegt de totale robot achttien kilogram, waarvan zes kilogram voor de mechanische delen, zes voor de motoren, evenals zes kilogram voor de rest. Dat is twee tot drie keer lichter dan de bekende Japanse humanoids van Honda, Toyota, en Kawada. De robot wordt aangestuurd door een industriële PC (PC104) met een 1 GHz processor. Het besturingssysteem is Linux met de Xenomai realtime kernel extension. De PC104 heeft een aantal insteekkaarten voor de sensor inputs en motor outputs. Zodoende is de PC104 een data-acquisitie systeem en pc in één. Alle regelkringen lopen via de PC104 op 1 khz. Voor de toekomst werkt Philips aan lokale controllerbordjes die via USB worden aangestuurd en waarvan er één per ledemaat gebruikt zou kunnen worden. Alle software is geschreven in C++, waarbij we voor een klein deel 018 RoboCup Visualisatie: Tim van Bentum

19 bouwen op het framework RoboFrame van de Technische Universiteit in Darmstadt, één van de deelnemers aan de Humanoid Kid-size League. De aandrijving van de benen gebeurt door middel van series elastic actuation. Deze uitvinding van het MIT is bijzonder geschikt voor het leveren van een goede krachtregeling. De gelijkstroommotor met tandwielkast (Maxon) drijft een katrol aan, vanwaar twee kabels naar het gewricht lopen (om twee kanten op te kunnen aandrijven). In de kabels zijn voorgespannen veren gemonteerd, dit is de seriele elasticiteit. De hoek van de motor komt dus niet overeen met de hoek van het gewricht, want de veren kunnen meer of minder uitrekken. Het hoekverschil wordt gemeten met sensoren in de motor en in het gewricht, en via de veerstijfheid kan zo het koppel worden berekend. Met de juiste terugkoppeling levert dit een mooie krachtregeling. De werking daarvan is het best te zien als hij naar nul regelt. De robot hangt in zijn standaard, iemand tilt zijn been naar voren, en als hij loslaat, slingert het been heen en weer alsof het een menselijk (slap) been is. Je merkt niets van de tandwielkast die bij de Japanse concurrent voor zeer veel wrijving en demping zorgt. De grote voordelen van series elastic actuation zijn de soepele, natuurlijke beweging, de bescherming van de tandwielkast tegen schokken (elke stap weer), en de nauwkeurig bekende koppels op de scharnieren. Het lijkt een nadeel dat de positienauwkeurigheid wat minder is, maar hoe belangrijk is het om tijdens het lopen je been op de millimeter nauwkeurig te bewegen? Een werkelijk nadeel is dat het wel iets lastiger is om een goede regeling te ontwerpen voor series elastic actuation, maar daar draait een team van drie technische universiteiten zijn hand niet voor om! Strategieën Om snel, stabiel en efficiënt te kunnen lopen, zijn er verschillende regelstrategieen. De Technische Universiteit Delft staat bekend om limit cycle walking, waarbij de loopbeweging zoveel mogelijk als een serie voorwaartse vallen wordt gezien. Dit ziet er erg natuurlijk uit, kan extreem zuinig zijn, en biedt veel perspectief voor effectief voetballende robots. Maar ieder voordeel heeft een nadeel, en dat is hier ook het geval. Het is moeilijk om de voorwaartse valbeweging goed gecontroleerd te laten verlopen. Daarom onderzoekt de Technische Universiteit Eindhoven in hoeverre de Japanse aanpak van nut is; hier wordt juist de beweging volledig op positie gecontroleerd. Het optimum ligt natuurlijk in het midden: voor snel lopen de Delftse aanpak, voor stilstaan, starten, en keren de Eindhovense. Het is erg belangrijk om deze mix goed van te voren uit te kunnen proberen zonder steeds de robot ermee te belasten. Daarom werkt de Universiteit Twente aan een nauwkeurige simulatie in 20sim. Het huidige visionsysteem voor de humanoïde robot is een feature-based stereo visionsysteem en bestaat uit twee kleine VGA camera s en een formfactor GMS camera. De camera s zijn op een vaste afstand van elkaar gemonteerd op het hoofd van de robot. Ze zijn gebaseerd op kleine 600 MHz ARM processorbordjes ter grootte van een luciferdoosje elk, van het Foto: David Joosten merk virtual cog. Het herkennen van de bal gaat via kleurensegmentatie links en rechts apart, de plaats waar de bal de vloer raakt wordt bepaald (oranje-groen overgang) en er wordt een Region of Interest (ROI) ter grootte van de bal bepaald. Als de grootte van de bal bij de robot bekend en gecalibreerd is, én aangenomen is dat de bal op de vloer ligt, dan is de grootte een maat voor de afstand van de bal. Maar ook kan, na calibratie van het stereosysteem, de afstand naar de bal gevonden worden door het raakpunt van de bal met de vloer in linker- en rechterbeeld met elkaar te vergelijken. Vervolgens kan door triangulatie de diepte worden bepaald. Alle bewerkingen op pixelniveau vinden voor zowel de linker- en rechtercamera plaats in de ARM processoren. Positie, grootte en label (zoals bal, doel of lijn) van een gevonden ROI worden vervolgens via een USB-lijn naar de centrale robotprocessor gevoerd. Hier wordt de positie van de voorwerpen in de 3D-ruimte bepaald door triangulatie, en wordt eveneens de assentransformatie van de nek van de robot weggerekend. De nek heeft twee assen in voorwaartse richting, zodat de robot op zijn voeten kan kijken en één as zijwaarts, zodat hij links en rechts kan kijken. Vóór het jaar 2010 wordt de robot uitgerust met beweegbare oogjes, zodat ook salliantiedetectie gebruikt kan worden. De ogen (en het hoofd volgt als slaaf) richten zich dan alleen op interessante objecten in het beeld. Waarvan de bal er één is: de bal is oranje, fel gekleurd en beweegt. RoboCup 019

20 RAB zet in op kennis voor eindgebruikers en jeugd De Robotics Association Benelux (RAB) heeft als doel het delen en uitdragen van kennis. In de praktijk blijken er namelijk veel vooroordelen te zijn ten aanzien van industriële robots. Deze vooroordelen worden mede gevoed door het gebrek aan kennis van de eindgebruikers. De RAB heeft daarom de RAB Onderwijscommissie in het leven geroepen. Momenteel wordt er in nauwe samenwerking met instanties zoals het Nederlands Instituut voor Lastechniek (NIL) en Stodt hard gewerkt aan het in kaart brengen van de opleidingsbehoefte van eindgebruikers. Deze behoefte gaat verder dan alleen lasopleidingen (waar NIL en Stodt in zijn gespecialiseerd). Robots worden namelijk ook ingezet voor processen als handling. Naast de opleidingen voor de huidige eindgebruikers, is het ook goed om de focus te leggen op de toekomst: de jeugd interesseren voor robotica. De RAB heeft als sectie van de Federatie Productie Technologie (FPT) zitting in de FPT Onderwijscommissie. Laatstgenoemde commissie wordt vertegenwoordigd door verschillende industriële branches binnen de FPT. Hierdoor is een krachtige organisatie ontstaan die met succes Regionale Opleidingscentra (ROC s) heeft benaderd voor de ontwikkeling van het innovatieve Stagecaroussel concept. Dit houdt in dat een ROC leerling bij aangesloten FPT lidbedrijven een stagemodule uitkiest en binnen meerdere bedrijven desbetreffende stagemodule doorloopt, of verschillende stagemodules binnen verschillende bedrijven. De stagemodule Roboticaspecialist bevat de thema s ontwerpen, programmeren en engineering. Door de actieve houding van de RAB ten aanzien van het mee ontwikkelen van passend onderwijs behoren vooroordelen als robots zijn te ingewikkeld binnenkort definitief tot de verleden tijd. RAB en GMV rekenen af met vooroordelen Op woensdag 4 maart 2009 hebben de leden van de branchevereniging Robotics Association Benelux (RAB) een unieke ontmoeting gehad met de leden van de branchevereniging Groep Fabrieken van Machines voor de Voedings- en Genotmiddelenindustrie (GMV). Op de locatie van de voorzitter van de RAB, Fred Bokhorst, heeft er onder leiding van de dagvoorzitter Jack Kwakman (hoofdredacteur van Pakblad) een forumdiscussie plaatsgevonden tussen beide brancheverenigingen. Aan de hand van een aantal stellingen - waarin onderwerpen als de behoefte aan robotopleidingen en de hygiëne van de robots aan bod kwamen - barstte de discussie los. Het bleek zo te zijn dat er nog veel vooroordelen zijn ten aanzien van het gebruik van robots. Ze zouden ingewikkeld, onhygiënisch en duur zijn. De forumdiscussie bleek een ideale manier om de vooroordelen om te zetten in kansen voor beide industrieën. Minstens zo nuttig - als ook gezellig- was de netwerkborrel waarmee de middag werd afgesloten: de robots zijn er klaar voor om de voedingsmiddelenindustrie te veroveren! Het volledige artikel is te lezen op Branche Bulletin