Eind vorige maand introduceerde Priva Kompano ’s werelds eerste volautomatische bladsnijrobot voor de tomatenteelt. De robot kan naast de medewerkers als een maatje zelfstandig door de kas bewegen. Rond 2000 kwamen de eerste gedachten over automatisering van het bladsnijden al op en na research startte ruim vijf jaar geleden de productontwikkeling. Tomatentelers waren vanaf het eerste uur nauw betrokken en technische partijen groeiden uit tot partners in het ontwikkeltraject.
Medewerker met ‘maatje’ Kompano in de kas. Foto: Priva Kompano
- Ronald Zeelen, kwartiermaker voor Priva Kompano in De Lier, dat zich toelegt op robotisering van gewashandelingen in de tuinbouw en is voortgekomen uit Priva (onder meer klimaatbeheersing in kassen en gebouwen).
- Patrick Geerts, cco en medeoprichter van MTA in Helmond, dat ontwikkeling en serieproductie van complexe mechatronische modules en systemen verzorgt.
- Richard van Lieshout, cto en senior systeemarchitect bij MTA.
- Philippe Piatkiewitz, oprichter en ceo van Vectioneer in Maastricht, dat projecten voor industriële automatisering uitvoert onder de noemer human-centered engineering.
- Stefan Blonk, oprichter en eigenaar van Studio Blonk, die zich toelegt op industrieel ontwerp met een focus op de conceptuele fase. Voor de vertaalslag naar productie werkt Studio Blonk veel samen met Van Leeuwen Creative Engineering van eigenaar Sander van Leeuwen.
Maatje in de kas
Een voor de mens relatief eenvoudig, arbeidsintensief klusje als bladsnijden leent zich goed voor robotisering. De teler verwijdert steeds blad aan de onderkant van de snelgroeiende tomatenplant om rijping van trossen te bevorderen en rotten van blad te voorkomen. Daarom besloot Priva een bladsnijrobot te ontwikkelen en te bouwen, samen met industrialisatiepartner MTA. Dat resulteerde in de Kompano, die uitgebreid bij telers werd getest en september dit jaar op de GreenTech in de RAI Amsterdam werd gelanceerd. De kritische functionaliteit is de combinatie van vision die het blad moet herkennen met de end-effector die het blad afknipt, vertelt Ronald Zeelen van Priva Kompano. ‘De vision hebben we zo slim mogelijk proberen uit te voeren en de end-effector zo robuust maar ook eenvoudig mogelijk. Verder hebben we veel tijd gestopt in de finetuning in de praktijk om de snijkwaliteit goed te krijgen. Want in de tuinbouw is het gewas altijd anders en verandert het ook nog eens over het jaar heen.’ De Kompano haalt nu een effectiviteit van minimaal 85 procent; de resterende bladeren herkent de robot niet of zijn te moeilijk bereikbaar. Menselijke inzet blijft daarom nodig in de kas, vandaar het belang van veilige mens-robotsamenwerking. Zo is de robot voorzien van twee opvallende beugels; naast handgrepen voor het manueel verplaatsen als de robot niet operationeel is, fungeren deze als afstandhouders voor mensen. De robot is uiteraard voorzien van veiligheidssensoren en als iemand tot op een halve meter is genaderd, schakelt-ie zelfs helemaal uit.
Gedragslaag
De besturing van de robot kent een duidelijke scheiding tussen de hardwarelaag en de bovenliggende ‘gedragslaag’. De hardwarelaag, ontwikkeld door Vectioneer, stuurt de motoren aan die de bewegingen van de verschillende onderdelen verzorgen. De gedragslaag, ontwikkeld door Priva Kompano, is alles wat deze robot tot een tomatenbladsnijrobot maakt, definieert Zeelen. ‘De vision en de AI voor de interpretatie van de beelden, de communicatie met de hardwarelaag en de gebruiker, enzovoort.’ Op basis van de vision-output vertelt de gedragslaag aan de hardwarelaag naar welk setpoint de robot met z’n end-effector moet bewegen, zonder zelf alle individuele motoren te hoeven aansturen. ‘Dat doet onze low-level besturing’, verklaart Philippe Piatkiewitz van Vectioneer. ‘Die kijkt realtime, 1.000 keer per seconde, naar de actuele waarden voor posities en koppels, waardoor wij de beweging zo soepel mogelijk maken. Daar hoeft de hogerliggende besturing zich niet druk over te maken. Voor ons was dit uitdagender dan bijvoorbeeld een vliegsimulator, waarvoor we ook besturingen leveren. Want die heeft maar één doel, terwijl een robot herprogrammeerbaar is, waardoor wij niet precies kunnen voorspellen wat de gebruiker gaat doen.’
MTA legde het lijntje naar Vectioneer, vertelt Richard van Lieshout. ‘Zij onderscheiden zich met hun unieke visie op besturing, die past bij onze systeemfilosofie over hoe je een product opbouwt. Hun architectuur maakt het mogelijk om in de toekomst ook diagnose te doen. Als bijvoorbeeld een lager slecht begint te lopen, kunnen wij dat detecteren via hun besturingsplatform. Veel motion controllers van de grote partijen zijn daar nog niet op voorbereid.’ Piatkiewitz: ‘Die grote jongens kunnen door hun shit of yesterday niet opeens iets anders gaan doen. Daar is een, nu nog, kleine partij als de onze voor nodig. Wij hebben ons Motorcortex-systeem voor het programmeren van de logica en motion control zo opgezet dat het geschikt is voor producten die in serie worden gemaakt. De software van een machine is bijvoorbeeld eenvoudig te updaten via een online portal.’
– ‘We hebben product- en productieontwikkeling gelijktijdig gedaan.’
– ‘Bij ons is de digital twin geïntegreerd in de besturingssoftware.’
– ‘Belangrijke keuzes hebben we aan het begin van het project met elkaar gemaakt.’
– ‘Door de modulaire opzet kunnen we heel veel hergebruiken.’
– ‘We werkten met specialisten die over de grens van hun discipline heen kunnen kijken.’
Plug & play
De embedded besturing is cruciaal voor de modulaire systeemopbouw die MTA altijd nastreeft, licht Van Lieshout toe. ‘Er zijn decentrale besturingen, met bij iedere unit naast de motor en de sensoren ook een controller. Dat is nu mogelijk door de miniaturisering die de laatste jaren een enorme vlucht heeft genomen, voor elektronica en ook motorcomponenten. Want naarmate je bij deze robot verder naar de tip van de end-effector gaat, wordt zo’n unit steeds kleiner; anders past het niet.’ Met elektronica in de end-effector ingebouwd, is toepassing van een andere end-effector een kwestie van plug & play, vult Piatkiewitz aan. ‘Standaardmodules volstaan dan niet meer. Je moet een custom ontwerp integreren in het systeem; dat is een sterke kant van de MTA-aanpak, meteen een echt product ontwikkelen. Bij andere bedrijven gaat dat vaak in twee fases: eerst een prototype met standaardcomponenten en als die het doet, moet je het ombouwen tot iets heel anders als serieproduct. Hier ging dat in één keer, waardoor je succesvol en relatief snel naar de markt kunt.’
Decentrale besturing
MTA levert als system integrator mechatronische systemen die een bepaalde performance moeten halen, vervolgt Van Lieshout. ‘Dat moeten we aantonen voor iedere robot die hier de fabriek uitgaat. Die rol kunnen we alleen vervullen als we de besturing in de hand hebben en zelf aan de knoppen kunnen draaien om een robuuste tuning te definiëren.’ Voor de Kompano lukte dit mede doordat de software eerder was vrijgegeven dan de hardware. Piatkiewitz: ‘Wij hebben een realtime digital twin gebruikt om het gedrag van de robot goed in beeld te hebben voordat de mechatronica werd vrijgegeven. Bij ons is die digital twin geen separate simulatie van de hardware en software, maar geïntegreerd in de besturingssoftware, waardoor je model qua gedrag niet of nauwelijks verschilt van het echte systeem.’
‘Dit was nooit gelukt in een traditionele klant-leverancierrelatie’
Voordeel van decentrale besturing is ook dat MTA units al in de fabriek kan kwalificeren, aftesten en kalibreren, aldus Van Lieshout. ‘Zo kunnen we de robot in productie heel gecontroleerd opbouwen. En bij een probleem in het veld snel een unit uitwisselen. Voor bekabeling zijn er maar drie draadjes naar iedere unit, voor voeding, data en safety. Dit soort belangrijke keuzes hebben we aan het begin van het project met elkaar gemaakt.’ Deze aanpak past binnen het V2-model dat MTA hanteert om te komen tot een product dat in volume maakbaar is tegen de juiste kosten en kwaliteit, gebaseerd op het bekende V-model voor productontwikkeling. Patrick Geerts: ‘Zo hebben we gezamenlijk een product ontwikkeld dat niet alleen doet wat het moet doen, maar ook goed schaalbaar is te produceren. We hebben product- en productieontwikkeling gelijktijdig gedaan, om doorlooptijd, kosten en risico’s te verminderen. Dan is een softwareplatform als dat van Vectioneer nodig dat hierbij aansluit.’
Ontwerpstudie voor de Kompano. Illustratie: Studio Blonk
Industrieel ontwerp
Cruciaal was ook het industrieel ontwerp. Zeelen: ‘Het apparaat heet niet voor niets Kompano, het maatje waarmee je graag wilt werken in de kas. Leuk idee, maar waaraan zie je dat? Daarover zijn we met Stefan Blonk in gesprek gegaan en ik was meteen onder de indruk van zijn eerste schetsen. Hij is er meesterlijk in geslaagd om een robuust product er mooi, subtiel en tegelijk opvallend te laten uitzien. Op de beurs bleek-ie echt uitnodigend, mensen wilden ’m vastpakken.’ Blonk: ‘Al vrij vroeg heb ik Ronald gevraagd: “Wil je een machine of een product met een eigen identiteit neerzetten?” Het resultaat is juist die balans tussen product en machine.’ Typische productkenmerken zijn de integratie van vormen, symmetrie, logica, kleurstelling, ‘automotive’ vormtaal en lijnvoering in het algemeen. Het machinekarakter komt terug in het hart van de Kompano, waar de techniek zichtbaar is gebleven. ‘Van de verantwoordelijken voor veiligheid had hij afschrikwekkender gemogen, het is tenslotte een krachtige en snel bewegende machine. Maar het moest voornamelijk een betrouwbaar maatje blijven, zonder dualistisch of schizofreen randje.’
Continue dialoog
Er was een continue dialoog tussen het industrieel ontwerp en het ontwerp van de mechanica en de productie, waarvoor MTA verantwoordelijk was. Van Lieshout spreekt van cocreatie. ‘De uitstraling die het product moest krijgen, is echt vanaf het begin van het project meegenomen. Vaak moet dat aan het eind nog worden gefixt. Als je ons onze gang had laten gaan, was-ie waarschijnlijk vierkant geworden. Wij denken toch meer vanuit de functie en hebben ook nog een kostprijstarget te halen. Maar samen zijn we altijd tot oplossingen gekomen.’ Blonk: ‘Het was soms een soort koehandel: als jij hier dit hoekje wilt behouden, kan ik dan dat andere hoekje er afsnoepen? Zie het als een tango met vier of vijf partijen, waarbij iedereen in goede harmonie een strakke en uiteindelijk fraaie dans uitvoert. Ik heb MTA een aantal keren tot de orde geroepen, omgekeerd zij mij ook en daarbij heeft Sander van Leeuwen een belangrijke rol gespeeld. Hij heeft mijn schetsen en basismodellen vertaald naar produceerbare en passende covers. Waar nodig is de vormgeving meermaals aangepast of kon de techniek ons tegemoetkomen. Het was een flinke puzzel om binnen alle technische limieten en specificaties te blijven en tegelijk het design te bewaken.’ Zeelen: ‘Het hielp dat we hier met specialisten werkten die net even over de grens van hun eigen discipline heen kunnen kijken. Het is zeker niet triviaal om een betrouwbaar, stevig vormgegeven product er zo goed te laten uitzien. Dat is een compliment voor MTA, Stefan en Sander. Er is tussen hen, en ook naar ons toe, steeds een dialoog geweest over wat haalbaar was.’
MTA bouwt de Kompano. Foto: MTA
Leaseconstructie
MTA bouwt nu in opdracht van Priva Kompano een eerste serie van vijftig. Geerts: ‘We hebben een lijn voor flowproductie ingericht. Onderdelen worden in kitvorm aangeboden, elke unit wordt op een aparte werktafel gebouwd en vervolgens getest, gekwalificeerd en aangeboden als gereed product voor integratie. De robot wordt stap voor stap voorzien van geteste units en tot slot getest en gekalibreerd. Het is een continu proces van produceren, met vrijgave van long-lead items voor de volgende serie al in het vizier.’ Priva Kompano biedt de robots aan in een leaseconstructie, meldt Zeelen. ‘Bladsnijden als een service is het uitgangspunt, tegen een vaste fee per jaar. Op termijn willen we ook diensten als predictive maintenance aanbieden. De besturing van Vectioneer geeft toegang tot heel veel robotdata. Dat maakt nog veel toepassingen mogelijk. De robot hangt nu al continu aan het internet, om bijvoorbeeld ‘accu leeg’ of een storing te melden. Wij kunnen dan tot op een diep niveau in de robot kijken. Dat is handig om een probleem te tackelen als we er op basis van de omschrijving van de teler niet helemaal uitkomen. Natuurlijk gaan we de data over het primaire proces niet delen; die blijven van de teler.’ Vanuit de platformgedachte is een volgende versie al in beeld. ‘Voor bladsnijden bij de komkommerteelt zijn al stappen gezet. Vervolgens is het niet onlogisch dat de robot ook gaat oogsten, in eerste instantie tomaten en komkommers. Door de modulaire opzet kunnen we heel veel hergebruiken. We hebben wel een andere end-effector nodig en het stuk vision met AI verschilt bij een ander gewas natuurlijk ook.’
Link magazine editie oktober/november thema 2021: Data is key hoe kan het mkb daar winst mee maken? Lees Link digitaal of vraag een exemplaar op: mireille.vanginkel@linkmagazine.nl’
Gezamenlijk ondernemerschap
Kortom, er blijft werk aan de winkel voor de partners. Geerts: ‘Dit is nog maar het eerste product van de samenwerking die we als Priva en MTA hebben neergezet met de kennispartners en de supplychain. Dit was nooit gelukt in een traditionele klant-leverancierrelatie. Alles afpellend ben ik supertrots op het product, maar het meest trots op deze vorm van samenwerking en het gezamenlijk ondernemerschap.’ Het traject duurde lang, kende onderweg stevige discussies en werd door corona nog wat ingewikkelder. Toch noemt Piatkiewitz het geen zware bevalling. ‘Integendeel, gezien eerdere ervaringen vond ik dit juist zeer soepel verlopen. Het is gewoon heel lastig om een robot te bouwen en ook nog te verkopen. Gelukkig was Priva een marktpartij die erin geloofde en wilde investeren. Daarom besloten wij zelf ook te investeren in onze technologie.’ Zeelen wijst op de betrokkenheid van telers. ‘Innovatie komt alleen van de grond als er onvoorwaardelijk commitment is bij alle partijen. Van een MTA dat zijn nek voor ons uitsteekt en van een teler die al vijftien jaar bij de ontwikkeling betrokken is en nu meteen zegt: “Doe mij er maar tien.” Alleen in onze stoutste dromen hadden we dit verwacht. Op de beurs was er veel belangstelling, uit binnen- en buitenland. Dat is voor ons de bevestiging van het succes van onze samenwerking.’
Priva en Octinion bundelen robotica-ervaring
Het Nederlandse techbedrijf Priva en de Belgische r&d-groep Octinion bundelen hun robotica-activiteiten voor de tuinbouw onder de Kompano-vlag. Tom Coen (ceo) en Ronald Zeelen vormen samen de directie van Kompano. Basis is de gedeelde ervaring van Priva en Octinion: terwijl Priva een bladsnijrobot in de tomatenteelt ontwikkelde, deed Octinion van zich spreken met een aardbeiplukrobot en een UV-C-robot ter bestrijding van ziektes in de kas. Ceo Meiny Prins van Priva: ‘Voedselzekerheid en de energietransitie zijn leidende thema’s in de wereldwijde tuinbouw. Ik vind het prachtig om te zien dat zowel Priva als Octinion in hun missie het belang van de wereldwijde voedselzekerheid centraal hebben gezet met innovatieve toepassingen. De omslag naar robotisering is een belangrijke omwenteling waar wij samen een enorm verschil kunnen maken in de wereldwijde behoefte naar duurzame vernieuwing in de tuinbouw.’
