Industrieroboter zügeln ihren Hunger nach Strom, nach einer Softwareoptimierung.
Andreas Burkert
Die Leitmesse IndustrialGreenTec ist im Rahmen der Hannover-Messe vom 7. bis 11. März ein Schaufenster für neue Technologien, mit denen es sich effizienter und umweltschonender produzieren lässt. Zum Beispiel mit Robotern, deren Energieverbrauch optimiert wurde.
Trotz steigender Energiekosten spielte die Energieeffizienz in der Robotik bisher eine eher untergeordnete Rolle, obwohl Roboter immer weitere Anwendungsfelder erobern. In der Praxis befasst der Anwender von Robotertechnik nämlich vorrangig mit verschiedenen Fragestellungen. So muss er die geplante Anlage vor allem so gestalten, dass sie die Anforderungen hinsichtlich Takt und Ausbringung erfüllt. Wie er nun aber die bestehende Anlage so angepasst, dass auch der Energieverbrauch gesenkt wird, dass soll ein Software-Baukasten ermöglichen. Dieser hilft, die Energieeffizienz von Roboteranwendungen zu messen und zu optimieren, selbst wenn die Roboterzellen noch in Planung sind.
Die Klärung beider Fragen beginnt bei den Komponenten der Automatisierungszelle. Um festzustellen, welche Komponenten wie viel Energie verbrauchen und welche Möglichkeiten der Einsparung bestehen, wird sowohl Mess-Hardware benötigt als auch eine leistungsfähige Software, die die angefallenen Daten auswertet. Mit dem detaillierten Wissen zum Energieverbrauch und dem Verständnis aller Komponenten ist es jedoch nicht getan. Laufende Anlagen können weder so lange modifiziert werden, bis der Energieverbrauch sich im »grünen« Bereich befindet, noch können bei in Planung befindlichen Systemen Parameter-Einstellungen getestet werden.
Roboter mit Energieverbrauchsmodell
An dieser Stelle kommt das Hilfsmittel der Simulation zur Anwendung. Aus den Erkenntnissen, die im Rahmen der Energieerfassung gewonnen wurden, wird ein Energieverbrauchsmodell der Anlage erstellt. An diesem Modell können offline – also ohne tatsächliche Zelle – eine Vielzahl von Varianten getestet und bewertet werden. Die Variantenvielfalt ist jedoch selbst bei mäßig großen Zellen so hoch, dass einfaches Ausprobieren kaum Erfolge erzielt. Mithilfe eines Optimierungsalgorithmus werden die Parameter der Zelle wie Fahrgeschwindigkeiten, Interpolationsarten, Greif- und Ablagepositionen, Gewichtsverteilungen am Roboter oder Positionierung von Maschinen so lange manipuliert, bis sich ein geringer Energieverbrauch einstellt.
Baukasten zur Analyse des Roboterenergieverbrauchs.
Fraunhofer IPA
Software zur Optimierung von Roboteranwendungen
Ein Software-Baukasten, der am Fraunhofer IPA in Zusammenarbeit mit dem ISW der Universität Stuttgart im Rahmen des Forschungsprojekts „MoniSimO – Monitoring, Simulation und Optimierung von Roboteranwendungen zur Steigerung der Energieeffizienz“ entwickelt wurde, soll jetzt dem Anwender helfen, seinen Roboter energiesparend einzusetzen. Die Energieverbräuche werden durch eine dedizierte Mess-Hardware erfasst. Zudem sorgen eigens entwickelte Schnittstellen dafür, dass die Bewegungen des Roboters gleichzeitig zum Energieverbrauch protokolliert werden. Die gewonnen Daten fließen dann in ein Simulationsmodell, das eine präzise Vorhersage des zu erwartenden Energieverbrauchs ermöglicht.
Ausschnitt aus einem Roboter-Energieverbrauchsmodell.
Fraunhofer IPA
Um den riesigen Suchraum für die anschließende Optimierung verkleinern zu können, haben die Wissenschaftler verschiedene Strategien entwickelt: Eine Kartierung und Diskretisierung des Suchraums ermöglicht die Vorausberechnung vieler erforderlicher Daten und beschleunigt die anschließende Optimierung. Schließlich werden auf Basis genetischer Algorithmen verschiedene Simulationsparameter so lange variiert, bis eine Parametrierung gefunden wird, in der ein geringerer Energieverbrauch erreicht wird.
Die dargestellten Ergebnisse beruhen auf dem Projekt MoniSimO, das im Rahmen des Forschungsprogramms »Effiziente Produktion durch IKT« durch die Baden-Württemberg Stiftung GmbH finanziert wurde.