Dijkrobot UT regelt zelf zijn energie

Alexander Pil
30 november 2016

Robots die straks onze dijken inspecteren, komen niet elke paar uur een laadpaal tegen. De slimme versnellingsbak van UT-promovendus Douwe Dresscher maakt de robot zo autonoom mogelijk. De toestand van onze dijken in de gaten houden, dat is een mooie taak voor robots die autonoom opereren en zwakke plekken detecteren. Maar als ze per dag minimaal zes uur over de dijken scharrelen, metingen doen en resultaten communiceren, verbruiken ze veel energie. Dresscher heeft onderzocht hoe hij zo’n robot zoveel mogelijk zelfvoorzienend kan maken. Dat doet hij bijvoorbeeld door mechanische energie op te slaan en een innovatieve versnellingsbak te introduceren: een moderne variant op het pientere pookje waarmee de Nederlandse Daf-auto’s waren uitgerust. Deze versie van de continu variabele transmissie werkt niet met een riem maar met twee halve bollen.

Eerst is het de vraag wat de beste manier van voortbewegen is: met wielen, rupsbanden of benen. Wielen presteren goed en energie-efficiënt op een egale ondergrond, maar op een drassige helling krijgen ze het lastiger. Rupsbanden werken dan beter, maar ze kunnen ook schade aanrichten door de manier waarop ze bochten maken en ze verbruiken veel meer energie. In de vergelijking komt een robot met vier tot zes benen er het best uit. Toch gebruiken ook bestaande looprobots veel energie. In een wrijvingsloze wereld is energie terug te winnen en is vraag en aanbod in balans.

Het hoge verbruik zit onder meer in elektromotoren. Die werken het best bij hoge toerentallen en lage koppels, terwijl ze in de loopbeweging juist vaak moeten werken bij lage toerentallen en hoge koppels. Een mechanische aandrijving die ervoor zorgt dat de elektromotoren in hun optimale gebied werken en dat ook nog eens mechanische energie kan opslaan voor hergebruik, daar heeft Dresscher onderzoek naar gedaan. Hij noemt het ook wel controlled passive actuation.

De energie is bijvoorbeeld op te slaan in een veer. Een slimme versnellingsbak zorgt voor de optimale overbrenging van de opgeslagen energie naar het bewegingsapparaat van de robot. Hiervoor draaien twee halve bollen over elkaar. Hun hoek ten opzichte van elkaar verandert als het koppel verandert, en daarmee hun effectieve straal. De effectieve straal van beide halve bollen bepaalt de overbrengingsverhouding, en zorgt voor de optimale mechanische belasting. De elektromotoren worden dan alleen ingeschakeld om mechanische verliezen op te vangen, en kunnen in hun optimale gebied werken.

Om de robots helemaal zelfvoorzienend te maken – ook metingen en communicatie vragen nog energie – moet onderweg nog elektrische energie worden ‘geoogst’. Zonne- en windenergie zijn daarvoor opties, maar ook energie uit biomassa is een kandidaat. De nieuwe aandrijflijn is ontworpen voor de toekomstige dijkinspectierobots, maar is volgens Dresscher ook zeer geschikt om andere robots en robotarmen energie-efficiënter te maken.