Roboter mit runden Bewegungen verbrauchen weniger Strom

Forscher haben für Industrie-Roboter die energetisch besten Bahnkurven errechnet. Die Roboterarme sollten sich nicht ruckartig, sondern gleichmäßig auf kurvigen Bahnen bewegen. Auf diese Weise lässt sich der Energieverbrauch um bis zu 50 Prozent senken. Zudem werden die Roboter dadurch weniger belastet, sodass der Wartungsbedarf sinkt.

Siemens will den Stromverbrauch von Fertigungsrobotern im Automobilbau weiter senken. Ein Lösungsansatz liegt in Bewegungsmustern, die weniger Beschleunigungsenergie verbrauchen. Daher untersuchte Siemens zusammen mit Volkswagen und der Fraunhofer Gesellschaft die Bewegungsabläufe von Fertigungsrobotern, berichtet die Zeitschrift „Pictures of the Future“.

Die Partner entwickelten unter anderem ein Simulationsmodell, das die energetisch besten Bahnkurven für Roboter errechnet. Tests zeigen, dass der Energieverbrauch auf diese Weise um bis zur Hälfte sinken kann. Ziel ist eine Software, mit der bestehende Fertigungsroboter auf eine energieeffizientere Arbeitsweise umprogrammiert werden können, ohne Änderungen im Produktionsablauf.

Fertigungsroboter machen eine Autofabrik schnell und effizient – sie verbrauchen aber auch eine Menge Strom. Besonders im Karosserierohbau, wo sehr viele Roboter im Einsatz sind, schlucken sie über die Hälfte der benötigten Energie.

Ein Ansatzpunkt zum Sparen liegt in der Steuerung. Roboter bewegen sich heute extrem ruckartig, fahren ihre Arme entlang geraden Linien aus und bremsen bei jeder Richtungsänderung abrupt ab, drehen und beschleunigen wieder. Das kostet viel Antriebsenergie und belastet die Mechanik.

Im Labor analysierten die Ingenieure den Energiebedarf eines Roboters für verschiedene Arbeitsschritte. Sie wollten wissen, wie stark Richtungsänderungen den Stromverbrauch beeinflussen und welche Parameter die energetisch besten Bewegungsmuster ergeben. Daraus entstanden neue Algorithmen für ein Simulationsmodell, das optimierte Bewegungsbahnen errechnet.

Die Labortests ergaben ein Einsparpotential zwischen 10 und 50 Prozent, wenn die Roboterarme sich gleichmäßig auf kurvigen Bahnen bewegen. Außerdem werden ihre mechanischen Teile nicht so stark belastet, so dass der Wartungsbedarf sinkt und es zu weniger Stillständen kommt.

Im Autobau wichtig ist das reibungslose Zusammenspiel mehrerer Fertigungsroboter, die oft sekundenschnell aneinander übergeben. Mehrmonatige Tests unter realen Bedingungen zeigten, dass optimierte Bewegungsmuster auch unter Einhaltung der Taktzeiten bis zu 50 Prozent Energie sparen können.

Derzeit wird ein Software-Modul getestet, das den Stromverbrauch eines Roboters für einen vorgegebenen Arbeitsablauf automatisch programmiert – unter Berücksichtigung des Zusammenspiels mit den benachbarten Maschinen. Wichtig ist hierbei die Automatisierung, denn nur so können tausende Fertigungsroboter in einer Fabrik wirtschaftlich umprogrammiert werden.

Siemens plant, ein entsprechendes Modul in seine Fertigungsplanungs-Software Tecnomatix aufzunehmen. Damit kann man existierende Roboter einfach und sicher umprogammieren, und ohne Investitionen in Hardware den Energieverbrauch der Fertigung senken.

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