Robot wordt inpakker

Een reutelende oude Chevrolet komt tot stilstand achter het gebouw voor Industrieel Ontwerpen. Een man stapt uit. Hij draagt een afgezakte spijkerbroek en een petje op z’n kale hoofd. Een knaloranje vest spant om z’n buik. Ver voorover reikend haalt hij tientallen dozen tevoorschijn van de achterbank. Als projectmanager bij de Handlingcompany, een bedrijf dat inpakwerk doet voor kerstpakketten, goody bags en blije dozen, is Sylvester Fuijk wel gewend om aan te pakken, maar dat is meestal niet in het gezelschap van tien hoogopgeleide techneuten die hem nu staan op te wachten.

“We gaan vandaag geschiedenis schrijven”, heette dr.ir. Martijn Wisse (3mE) de deelnemers aan de tweedaagse robot workshop welkom. Wisse leidt het onderzoeksprogramma Factory in a Day dat de drempels wil wegnemen die nu het midden- en kleinbedrijf er nog van weerhouden om robots in te zetten. Het vierjarige onderzoeksproject ontving onlangs een ondersteuning van bijna 8 miljoen euro van het Europese FP7-pogramma Factory of the Future. Het programma dat geleid wordt door het Delft Robotics Institute, telt zestien partners, waaronder veel technische bedrijven, en heeft een totaal budget van 11 miljoen euro.

Voor het onderzoeksprogramma is het een historische dag omdat voor het eerst een robot ingezet zal worden bij een praktische klus uit de omgeving. Lukt het om binnen twee dagen een werkende opstelling te bouwen? En: wat voor team en gereedschappen heb je nodig om zo’n klus te klaren? De praktijk moet het uitwijzen in deze en volgende workshops.

Tien man en een robot

Voorbijgangers bij studio 14 in het IO-gebouw kijken verwonderd naar binnen. Op een paar lange tafels staan naast elkaar doosjes opgesteld met Mentos, Tucs, Redband, miso-soep, kippebouillon, wasmiddel, wokrijst en zo nog wat. Aan de andere kant van de tafel zijn mannen opgewekt bezig om producten uit de dozen te pakken, in een verzameldoos te doen en dan door te schuiven naar de volgende. Had ik die Redband nou al gehad of niet? Ondernemer Sylvester Fuijk kijkt geamuseerd toe en is blij dat het bij hem op het bedrijf er doorgaans meer gestructureerd aan toe gaat. Hoewel ook daar soms artikelen ontbreken of er juist dubbel in zitten.

Het begint allemaal met ‘de standaarddoos’ – die wordt op een avond in elkaar geknutseld door een medewerkster met speciale talenten. Een glazen potje moet nooit aan de buitenkant. Glazen potjes moeten altijd van elkaar gescheiden zijn door iets onbreekbaars. Koekjes moeten omgeven worden door schokdempend materiaal. Op basis van dat soort overwegingen ontstaat de ‘standaarddoos’ die de volgorde van producten bij het inpakken bepaalt.

Elke inpakker doet er vijf tot zes producten bij en schuift de doos door. Best gezellig werk hoor, daar niet van. Maar medewerkers krijgen na verloop van tijd last van hun rug door steeds naar producten te reiken en die in een doos voor zich te doen. Zou een robot daarbij kunnen helpen?

De robot die Wisse voor dit doel op het oog heeft, is een tweede generatie industriële robot: kleiner dan de bekende oranje monsters uit een autofabriek, minder gevaarlijk en makkelijker te programmeren

Tijdens de workshop wordt het inpakken afgewisseld met het beurtelings werken aan een ontwerp voor een robotlijn zodat er na een klein half uur vijf verschillende ontwerpen zijn ontstaan waaraan vrijwel iedereen een klein stukje heeft bijgedragen. Stellages met producten, lopende banden, carrousels en natuurlijk robotarmen duiken in elke schets op. Sommige ontwerpen zijn heel sluw voorzien van een weegschaal voor de eindcontrole.

Aan het eind van de ochtend verdeelt Wisse het automatiseringsvraagstuk in vier delen, waar verschillende groepjes mee aan de slag zullen gaan: waar oppakken; waar neerleggen; hoe te grijpen en hoe om te gaan met afwijkingen. Technicus Dries Oort kan niet wachten tot het wat concreter wordt. Zijn handen jeuken. En zijn oren trouwens ook: “Zoveel als jullie praat ik in een hele week nog niet.”

Bugs en boutjes

Een inpakker hoef je niet uit te leggen waar het volgende potje kippenbouillon staat – dat ziet iedereen. Maar deze robot niet. De oppakgroep moet dus zorgen dat de dozen met producten op de centimeter op hun plek staan, anders grijpt de robot ernaast. De groep, bestaand uit technicus Jan van Frankenhuyzen, redacteur Jos Wassink en ondernemer Sylvester Fuijk, besluit met industrieel montagemateriaal (merk RK) verstelbare geleiderails te bouwen waartussen dozen tegen een aanslag geduwd moeten worden. Twee lichtdetectors ‘zien’ of de dozen op hun plek staan – er is voor gekozen om de robot slechts twee producten in twee dozen te laten doen. Als dat lukt, moet het makkelijk zijn de robots verder uit te breiden. Maar voor het zover is hebben de mannen dringend behoefte aan een handje M6-boutjes van 16 millimeter lang. En die blijken erg moeilijk te vinden.

De lege dozen groep (bestaand uit onderzoeksleider Martijn Wisse en robothandenspecialist ing Eduart Stigter) heeft gekozen voor een scheefstaande rollenbaan om de dozen mee aan te voeren. Drie pneumatische zuigers (twee klemmen en een blokkade) houden de dozen vast aan de onderkant van de baan waar de robotarm er iets in moet leggen. Als dat gebeurd is, laat het systeem (in casu: de robot) de dozen doorrollen en wacht op twee nieuwe lege dozen. Lichtsensors geven aan of die op hun plek staan. De robot moet dus scheefstaande dozen vullen. Dries en IO-onderzoeker ir. Kanter van Deurzen hebben een drukvat opgehaald om vacuümproeven mee te doen. Dat klinkt raar, maar in de industrie is overdruk via een venturibuisje een beproefde manier om schakelbare onderdruk te bereiken. Een rubberen zuigmond pakt net zo gemakkelijk doosjes bamigroenten als flessen wasverzachter op. Alleen op het gebobbelde oppervlak van een zak snoepjes krijgt de zuigmond geen grip. Geen probleem – ze kiezen gewoon producten die wel met vacuüm gaan. In het begin overwogen ze nog het gebruik van een robothand, maar ze realiseerden zich al snel dat je met een hand om een product heen moet kunnen. Bij producten in dozen kan dat zelden. Een vacuümgrijper is dan handiger.

Robotprogrammeurs dr.ir. Erik Schuitema (gepromoveerd op het programmeren van menselijke robots) en Van Deurzen zijn intussen in een oneindige lus beland. Het opgeven van posities gaat eenvoudig door de robot bij de hand te nemen. Ook ‘snapt’ de robot waar hij de potjes vandaan moet halen als er twaalf bij elkaar in een doos staan, zelfs als het in meerdere lagen is. Maar soms is de rigide logica van de robot toch een struikelblok. “Je moet er net zo lang dingen uitgooien tot dat ding niet meer zeikt”, raadt iemand aan over het computerprogramma. Maar in plaats van er opdrachten uit te gooien, blijkt het toevoegen van een ‘wacht’ commando hier de oplossing.

Het is vier uur op donderdagmiddag. Bij velen hangt het hemd uit de broek en staat het zweet op het voorhoofd. Studio-14 ruikt intussen als een sportlokaal. In het komende uur moeten aanvoer van dozen, aanvoer van producten en een geprogrammeerde robot tot een werkend geheel samengevoegd worden. De tafel en de rollenbanden voor aan- en afvoer van de dozen moeten aan elkaar vast gemaakt. Een stel grote lijmklemmen biedt de snelste oplossing. Ondertussen ligt Wisse ruggelings onder de opstelling om de nummers van de logische poorten te achterhalen en daar de lichtsensors en de hydraulische kleppen op aan te sluiten. De robotprogrammeurs staan met vlekken in hun nek de laatste aanpassingen in het programma bij te werken. Voor iedere beweging moeten ze de precieze plek aangeven voor benadering, laten vallen en terugkeer. Dat is een nauwkeurig klusje. En dan zijn er nog de conditionele bepalingen: “Als twee laag wordt, dan is product A aanwezig.” Van die dingen.

Aan het werk

Tegen vijf uur rondt procesbegeleider ir. Thomas Platzer het proces af. Laat maar zien hoever we komen. Bij de eerste poging gaat het hefboompje niet naar beneden waardoor de dozen niet doorrollen. Een los contact is de oorzaak. Bij de tweede poging zet robot zich trillend in beweging, langzaam nog om geen fouten te maken. Foutloos pakt ‘hij’ een pakje bamigroenten en legt het in de onderste doos, daarna een tweede pakje in de andere doos. Gejuich stijgt op. Dan volgen keurig twee kuipjes pindasaus. De robotarm trekt zich terug en de dozen glijden verder. Nieuwe dozen glijden er voor in de plaats en de robot gaat weer aan de slag.

Aangespoord door het succes, voeren de programmeurs de snelheid van de robot op en binnen de kortste keren is iedereen druk bezig om dozen aan te slepen om het apparaat aan het werk te houden. Met drie seconden per product is de robot nu net zo snel als een menselijke inpakker. “En hij ouwehoert niet”, valt Fuijk op. Hij ziet soms z’n hele inpaklijn stilvallen omdat iemand z’n belevenissen van het weekend moet delen. Hier is het andersom: de robot weet niet van ophouden en zet iedereen aan het werk.

Wisse kijkt met plezier terug op de eerste workshop en er zullen nog een groot aantal volgen. Er is al overleg met een lokale bomenplanter, en met een poffertjesbakker. Uiteindelijk wil Wisse weten hoeveel en wat voor specialisten er nodig zijn om een robot in één dag op een werkplek te installeren. Maar ook heel praktisch: wat voor materiaal, gereedschap en software moet je bij je hebben om dat voor elkaar te krijgen. Als daar een bedrijfje uit voorkomt, vindt Wisse dat best. Maar hij vindt dat niet het belangrijkst. “Bij een universiteit gaat in de eerste plaats om de verspreiding van het idee. In dit geval: dat moderne robots een stuk eenvoudiger inzetbaar zijn dan men vaak denkt.”