Automatisierung VW will Energieeffizienz von Robotern steigern

Siemens, Volkswagen und die Fraunhofer-Gesellschaft forschen an der Energieeffizienz von Industrierobotern. Die Projektpartner setzen auf eine optimierte Steuerung der Roboter im Automobilrohbau. Das Einsparpotenzial soll bei bis zu 50 % liegen.

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Im ersten Schritt untersuchen die Ingenieure die Bewegungsabläufe der Fertigungsroboter. Bisher werden Bewegungsbahnen von Robotern in Produktionsstraßen meist manuell programmiert. Hindernisse, die Roboter während ihres Bewegungsablaufs umfahren müssen, und eine falsche Installationshöhe sind nur zwei Faktoren, die den Energieverbrauch in die Höhe treiben. Besonders ins Gewicht fällt jedoch das ständige Abbremsen und Beschleunigen bei einem Richtungswechsel.

„Derzeit arbeitet kaum ein Industrieroboter bewegungsoptimiert“, urteilt Matthias Frische, Integration Manager bei Siemens Industry. „Die ruckartigen Bewegungen verursachen Lastspitzen im Energieverbrauch und belasten die Mechanik.“ Ein entscheidendes Ergebnis der dreijährigen Forschungsarbeit ist deshalb ein Simulationsmodell, das optimierte Bahnkurven ohne abrupte Richtungswechsel errechnet. Bemerkenswert ist dabei, dass kein Roboter ausgetauscht werden muss, da lediglich der Bewegungsablauf verbessert wird.

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Neue Ideallinie für den Roboter

Für die Entwicklung der Algorithmen wurde im Labor der Energiebedarf verschiedener Aufgaben eines typischen Roboters der Autoindustrie analysiert und in ein Simulationsmodell überführt. Nach jeder Messung passten die Wissenschaftler verschiedene Parameter an und ermittelten so schrittweise die Einstellung mit dem größten Einsparpotential.

„Wenn ein Mensch eine schwere Last bewegt, achtet er intuitiv auf möglichst ergonomische Bewegungen. Analog dazu berechnet das Simulationsmodell kinetisch optimierte, kräftesparende Bewegungsbahnen für Roboter“, erläutert Frische. „Diese so berechnete Bahn kann man mit einer Ideallinie vergleichen, auf der ein Rennwagen durch eine Kurve fährt.“ Die optimierten Bahnen ergaben in Labortests Stromeinsparpotentiale zwischen zehn und 50 % – Werte, die das Projektteam positiv überraschten. „Die runderen Bewegungen senken zudem die mechanische Belastung der Roboter, also auch die Wartungs- und Instandhaltungskosten sowie die Stillstandzeiten.“

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