Design a robotic gripper to sort mixed aluminium scrap.
Design Challenge

Aluminium is een van de meest gebruikte materialen ter wereld. Om te blijven voldoen aan de almaar stijgende vraag is recyclen van oud aluminium hard nodig. Een belangrijke stap in het recycle proces is het scheiden van het metaal in de verschillende legeringen. Gescheiden aluminium kan beter gerecycled worden en heeft een hogere economische waarde. Op dit moment is handmatig sorteren van het schroot de enige mogelijkheid. Dit handmatig scheiden gebeurd nu in China, Pakistan of India.

Handmatig sorteren van aluminium schroot in China.

Analyse

Reukema is de grootste non-ferrou metaal handelaar in Nederland. Het bedrijf werkt aan een concept om aluminium te scheiden door gebruik te maken van robot armen. Tijdens mijn thesis analyseerde ik het probleem, waarna ik verschillende concepten heb ontworpen.

Tijdens de analyse is gevonden dat het gebruik van een robot arm met daaraan een gripper voor het sorteren van het schroot, het systeem onnodig complex zal maken zonder zeker resultaat. Het schroot simpelweg van een lopende band duwen was de best passende oplossing voor het gegeven probleem.

Proces overzicht van het complete afstudeer project.
‘Envisioned idea for automated sorting of aluminium scrap.’ Het aluminium schoot wordt (1) getransporteerd, (2) geshred, (3) gescanned, (4) opgepakt en vervolgens (5) gesorteerd in de juiste bak.

Synthese

Drie verschillende concepten zijn gecreeërd, waarvan er één geselecteerd is op basis van selectie criteria om verder uit te werken. Het gekozen concept werkt doormiddel van een pusher. Deze pusher staat haaks op een lopende band en duwt het materiaal van de band af. Het materiaal wordt geclassificeerd doormiddel van een camera en een lijn scanner. Het schroot wordt opgeslagen in een bunker onder de scheidingsinstallatie.

Schets van het concept Push. Pushers worden in serie achter elkaar geplaatst haaks op een lopende band.
Concept overzicht Push. Materiaal wordt getransporteerd op 8 verschillende lopende banden. Lineaire actuatoren duwen het materiaal van de band in een bunker, waar het opgeslagen ligt onder de installatie.

Embodiment

Creeëren van verschillende prototypes

In de laatste fase van het project is de robot grijper verder uitgewerkt. Hierbij moest de kwaliteit van het sorteren gemaximaliseerd worden. Dit betekende dat de betrouwbaarheid van het complete systeem een van de belangrijkste factoren was om rekening mee te houden in het ontwerp. Hiernaast moesten de kosten om een ton schroot te scheiden geminimaliseerd worden. Op basis hiervan zijn verschillende grijpers uitgewerkt, geprototyped en getest. Video analyse is gebruikt om het gedrag van het materiaal te analyseren.

Het gedrag van het schroot is geanalyseerd voor verschillende grijper ontwerpen in een statische omgeving.
Materiaal gedrag is geanalyseerd wanneer het materiaal aangevoerd werd op een lopende band.

Complete ontwerp

Het uiteindelijke ontwerp is een grijper die stukken schroot een parabolische vlucht geeft voordat ze in de bunker belanden. De grijper, bestaande uit plaatstaal van 3 bij 250 bij 125 [mm], heeft een horizontale rand van 100 [mm] die de stukken schroot van de lopende band op tilt en voorkomt daarmee wrijving en slijtage.

Video van het complete ontwerp.
Ontwerp overzicht – De focus van het project lag bij het sorteren van het materiaal (links op de foto), de invoer van het materiaal (rechts) lag buiten de scope van dit project en daarom niet verder gedetailleerd.
  • Complete thesis kan gevonden worden in de TU Delft repository.
  • Featured in Dutch Designers Magazine, autumn 2017 (p. 88).