Roboter lernen Strom sparen – Energieeffizienz in der Robotik

Steigende Energiekosten einerseits sowie die vom Staat wegen des Klimawandels geforderte Reduzierung der CO2-Emissionen andererseits haben dazu geführt, dass energieeffiziente Technologien zu einem entscheidenden wirtschaftlichen Faktor werden. So sind beispielsweise die Industriestrompreise zwischen 2003 und 2007 um bis zu 45 Prozent gestiegen.

Mit über 130 000 installierten Einheiten stellen Industrierobotersysteme ein Hauptelement automatisierter Fertigungen dar und haben demzufolge einen hohen Anteil am Energiebedarf in produzierenden Unternehmen. Deshalb kann ein energieeffizienter Einsatz von Robotersystemen helfen, deren benötigte Energie zu senken und so zur Kostensenkung und einem nachhaltigeren Einsatz von Ressourcen beizutragen.

Im Rahmen des Forschungsprojekts EneRo (Energieeffiziente Robotersysteme) wurden am Fraunhofer IPA Untersuchungen zum Energiebedarf von Robotersystemen durchgeführt, um wichtige Einflussfaktoren zu identifizieren und Optimierungspotenziale abzuleiten. Dabei war das Ziel, eine Roboteranwendung als Ganzes zu optimieren. Deshalb wurden die Untersuchungen am Beispielszenario einer Pick-and-Place-Anwendung durchgeführt. Ein mit einem Vakuumgreifer ausgerüsteter Industrieroboter greift Teile an Position A (z. B. von einem Förderband) und legt diese an Position B (z. B. einer Prüfstation) ab. Der vom Vakuumgreifer benötigte Unterdruck wird von einem in den Greifer integrierten druckluftbetriebenen Ejektor erzeugt. Das bedeutet, dass die Roboterzelle neben elektrischer Energie für den Roboter auch Druckluft als Energieform benötigt.

Untersuchungen des Druckluftverbrauchs des Vakuumgreifers in diesem Szenario ergaben, dass durch eine geeignete Einstellung des Vakuumniveaus und der Abblaszeit durchaus Druckluft eingespart werden kann. Diese Einsparung hat bei angenommenen Druckluftkosten von wenigen Cent pro Kubikmeter Druckluft jedoch nur geringe Auswirkungen auf die entstehenden Kosten und wurde deshalb nicht weiter betrachtet.

Untersuchungen des Stromverbrauchs des Roboters (130 kg Nutzlast, Radius Arbeitsbereich 3 m) ergaben, dass bei einer Reduzierung der Verfahrgeschwindigkeit um 25 Prozent der Energieverbrauch um bis zu 30 Prozent sinkt. Eine um 50 kg geringere Last sorgte – je nach Bewegung – für einen um bis zu 25 Prozent geringeren Energieverbrauch. Ein Vergleich von Punkt-zu-Punkt-Bewegungen mit linearen Bewegungen ergab, dass bei Punkt-zu-Punkt-Bewegungen der Energieverbrauch um bis zu 45 Prozent gesenkt werden kann.

Hier ergeben sich noch weitere Optimierungsmöglichkeiten, da sowohl Punkt-zu- Punkt-Bewegungen als auch lineare Bewegungen keine energieoptimierten Bahnen darstellen. Deshalb wird im Projekt Enero ein Simulationstool zur Erzeugung energieoptimierter Bahnen für Industrieroboter durch Verwendung genetischer Algorithmen entwickelt. Damit ist soll es möglich sein, den Energieverbrauch einer Roboterbewegung weiter zu senken.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. Martin Naumann
Telefon: +49 711/970-1291 I naumann@ipa.fraunhofer.de