Komkommers plukken; het lijkt makkelijk, maar is door de diversiteit in vorm en de aanwezigheid van bladeren en takken voor een robot nog erg lastig. Zes studenten van de TU Delft bouwden voor de minor Robotica een komkommerpluk-robot. Gedurende vijf maanden werkten Anne van der Star, Chiel Bruin, Max Groenenboom, Pascalle Wijntjes, Laurens Znidarsic en Alexander Louwerse aan de robot die de naam KasPR kreeg.
KasPR bestaat uit een robotarm, een grijper en een camera om een beeld in 3D te vormen. Samen zorgen zij ervoor dat de robot de komkommers herkent, netjes vastpakt en afsnijdt. Een contactpersoon bij Priva begeleidde de studenten tijdens het bouwproces en gaf hen feedback gedurende de minor.
Grote plannen
Het zestal studenten begon met grote plannen aan het project. “Achteraf wilden we allemaal wel heel veel in de beperkte tijd die we voor het project hadden”, zegt studente werktuigbouwkunde Anne van der Star. “Onze begeleider moest ons daar een beetje in temperen. De opdracht die we kregen was erg breed dus we hebben uiteindelijk wel wat van onze oorspronkelijke plannen moeten laten varen. We hebben toen in overleg met Priva gekeken naar wat zij belangrijk vinden bij een dergelijke robot. Op basis daarvan zijn we ons erop gaan richten dat de robot de komkommers zelfstandig kan herkennen en plukken.
Herkenningssysteem
Dit bleek nog een best een uitdaging voor het studententeam. “Herkenning op basis van kleur lukte natuurlijk niet omdat de planten en de bladeren zelf ook groen zijn”, geeft informaticastudent Chiel Bruin aan. “We dachten daarom aan een herkenningssysteem op basis van infrarood omdat het kleurverschil in dit spectrum groter is. Uiteindelijk hebben we er toch voor gekozen om een herkenningssysteem te gebruiken dat de komkommers op basis van de vorm identificeert en selecteert, omdat dit praktischer was.”
Coördinatieproblemen
Het herkennen van de komkommers was niet de enige uitdaging waar de studenten zich voor geplaatst zagen tijdens de minor. Chiel: “Het vastpakken van de komkommers om ze daarna goed te plukken zonder ze te beschadigen was ook een grote uitdaging. Door een storing in de translatie van de coördinaten van de komkommer in het coördinatiesysteem van het videosysteem naar het coördinatiesysteem van de grijparm greep KasPR steeds naast de komkommer.”
Ingenieuze grijperkop
De grijperkop die aan de grijparm van KasPR bevestigd is, werd volledig op maat ontworpen en ontwikkeld door de studenten. De kop werkt op pneumatische onderdelen om te voorkomen dat er grote motors op de grijperkop gemonteerd moesten worden. Door deze keuze is de grijperkop kleiner en lichter, waardoor deze gemakkelijker tussen de planten door manoeuvreert. De studenten monteerden twee grijpers aan de kop; één met vingers die om het steeltje heen sluiten en één met mesjes om de komkommer te plukken. Een zuignap pakt de komkommer zelf vast om deze tussen de planten uit te bewegen. Pas als de robot gecontroleerd heeft dat de zuignap de komkommer vacuüm heeft gezogen, knippen de mesjes het steeltje door.
Kijkje in de kas
Veel van de tijd die de studenten in de minor staken, ging zitten in de bouw en het programmeren van KasPR. Toch brachten de studenten niet al hun tijd achter de bouwtafel en hun laptops door. “Aan het begin van de minor zijn we naar een kweker geweest om te zien hoe het plukken van komkommers er in het ‘wild’ aan toegaat”, aldus Chiel. “We hebben toen ook met de kweker gepraat over wat er belangrijk is bij het plukken en hoe een robot in de praktijk moet kunnen werken. Daar kwamen we er ook achter dat het bouwen van een dergelijke robot meer haken en ogen heeft dan wij in eerste instantie dachten.”
Robots versus natuur
De combinatie van robotica en natuur intrigeerde de studenten achter de komkommerpluk-robot. Anne: “Naast ons bezoek aan de kweker zijn we ook naar Wageningen Universiteit geweest. Ik vond het erg leuk om te zien hoe de robots daar werkten. Natuur en robots is toch een lastige combinatie omdat ze allebei zo anders zijn. Robots doen altijd hetzelfde en de natuur juist helemaal niet. In dat opzicht zijn robots eigenlijk nog niet rendabel genoeg om er goed mee te kunnen werken binnen de tuinbouw.” Chiel sluit zich hierbij aan: “Het was interessant om aan dit project te werken. De uitdaging is om robots te combineren met de onvoorspelbaarheid van de natuur. Met standaardoplossingen kom je er niet.”
Geen kant-en-klare robot
Een kant-en-klare robot die zo de kas in kan, is KasPR niet, daarvoor ontbrak het de studenten aan tijd en mankracht. “Het was lastig om in vijf maanden een al volledig werkende robot te realiseren. We volgden naast de minor ook nog andere vakken, waardoor we niet al onze tijd in de bouw en programmatie van KasPR konden steken”, aldus Chiel. “De robot doet het in grote lijnen wel, maar de conversie van de juiste coördinaten van de komkommer naar de grijp- en kniparm was bijvoorbeeld nog niet helemaal goed. Daarnaast kozen we er voor, omwille van de tijd, om de robot stationair te houden. Maar het concept dat we nu hebben toegepast, kunnen we in principe op een heleboel andere planten toepassen, mits alle functies geperfectioneerd worden.”
Introductie tuinbouwrobotica
Het maken van een volledig functionerende robot was dan ook niet het doel van de minor. “Wij willen mensen en dan vooral studenten graag in de gelegenheid brengen om in aanraking te komen met robots”, aldus Ronald Zeelen. Zeelen is manager Innovation & Research bij Priva, het bedrijf dat de studenten begeleidde en regelmatig van feedback voorzag tijdens de minor. “Doel is om hen de kans te geven om kennis te maken met de toepassingsmogelijkheden van robotica in de tuinbouw. Het is echter nog heel lastig om robots te maken die we al echt kunnen inzetten in de kas zelf; als dit niet zo lastig zou zijn, zouden ze immers al lang door de kassen rijden op dit moment. Wij vinden het vooral belangrijk om enthousiaste mannen en vrouwen zoals in dit studentengroepje te laten snuffelen aan robots die we in de toekomst in de tuinbouw kunnen toepassen.”
Tekst: Leo Hoekstra.
