Energie efficiëntie speelde tot nog toe in de robotica een ondergeschikte rol, hoewel robots steeds meer toepassingsgebieden veroveren. Een bouwdoossysteem van software, ontwikkeld aan het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), maakt het mogelijk om de energie-efficiëntie van robottoepassingen te meten en te optimaliseren, zelfs als de robotonderdelen nog in de planning zitten.
In de praktijk staat de gebruiker van de robottechnologie voor verschillende vragen. Een daarvan is hoe hij of zijn de geplande installatie zo kan inrichten, dat deze niet alleen aan de eisen voldoet met betrekking tot snelheid en resultaat, maar tegelijkertijd ook efficiënt functioneert. De aanvullende vraag is hoe een bestaande installatie zodanig is aan te passen, dat het energieverbruik lager wordt.
De oplossing voor de beide vragen begint bij de componenten van het automatiseringssysteem. Om te bepalen hoeveel energie bepaalde componenten gebruiken en welke mogelijkheden er bestaan om te besparen, is zowel meet-hardware nodig als krachtige software, die de beschikbare data analyseert.
Simulatie
Maar met gedetailleerde kennis van het energieverbruik en de duidelijkheid over alle componenten is het nog niet klaar. Een draaiende installatie kan niet zo lang worden aangepast totdat het energieverbruik zich in het groene vlak bevindt, noch kunnen bij systemen in de planningsfase de parameterinstellingen worden getest. Op dit punt komt simulatie als hulpmiddel in beeld.
De gegevens die in het kader van de energiemeting werden verkregen, worden in een energieverbruiksmodel van de installatie ingevoerd. Met dit model zouden offline een aantal varianten kunnen worden getest en beoordeeld.
De verscheidenheid is echter zelfs bij middelgrote cellen zo groot, dat simpel uitproberen nauwelijks resultaat biedt. Met behulp van een optimalisatiealgoritme kunnen de parameters van de cel (zoals rijsnelheden, vormen van interpolatie, grijp- en opslagposities, gewichtsverdeling bij de robot en de positie van machines) net zolang worden getest gemanipuleerd tot dit het laagste energieverbruik oplevert. Software moet de gebruiker helpen om zijn robot energiebesparend te gebruiken.
Strategieën
Het energieverbruik wordt met behulp van een specifieke hardware meettest opgenomen. Bovendien zorgen zelf ontwikkelde interfaces, dat de bewegingen van de robot samen met het energieverbruik worden geregistreerd. De verkregen data gaan dan naar een simulatiemodel, dat een nauwkeurige voorspelling van het te verwachten energieverbruik mogelijk maakt.
Om het zoekgebied voor de daaropvolgende optimalisering te kunnen verkleinen, hebben de wetenschappers diverse strategieën ontwikkeld. Een toekenning en uitsluiting binnen de zoekruimte maakt het mogelijk om de hoeveelheid benodigde data door te rekenen en bespoedigt de daaropvolgende optimalisering.
Tot slot worden verschillende simulatieparameters op basis van genetische algoritmen net zolang verandert, totdat een parameter wordt gevonden waarbij de minste energie wordt verbruikt.
Vervolg
De kwestie energie-efficiëntie in de robotica is daarmee nog lang niet voltooid. In volgende onderzoeksprojecten houdt Fraunhofer-IPA zich bezig met een universele standaard voor energieverbruiksmodellen voor industriële robots. In samenwerking met andere Fraunhofer instituten en de industrie wordt bovendien een compleet inzicht in de energie efficiëntie van automatiseringscellen nagestreefd.
De softwarebouwdoos werd ontwikkeld bij het Fraunhofer IPA in samenwerking met het Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungenvan de Universität Stuttgart in het kader van het onderzoeksproject ‘MoniSimO – Monitoring, Simulation und Optimierung von Roboteranwendungen zur Steigerung der Energieeffizienz’, dat werd gefinancierd door de Baden-Württemberg Stiftung GmbH. (foto: Benny Gudde)
