Minder energie door slim bewegen

Areusproject belooft besparingen van 40 procent

Dat je met slimme motion niet alleen geld, maar ook energie kunt besparen, bewijst het recentelijke Europese Areusproject. Hierin is wordt aangetoond dat het energieverbruik van industriële robots met maar liefst 40 procent omlaag kan. Hoe? Met een slim algoritme dat de bewegingen van de robotarm optimaliseert. Accelereren en decelereren wordt zoveel mogelijk voorkomen en de tijd dat de robot stilstaat wordt tot een minimum teruggebracht. Want ook tijdens stilstand verbruikt een robot gewoon energie.

Even voor de een goede beeldvorming: het optimalisatie-algoritme verandert helemaal niets aan de geprogrammeerde baan van de robot. Alleen de snelheid en werkvolgordes worden aangepast. 'We laten de robot langzamer bewegen in plaats van hem te laten wachten op een machine of collega robots. Zo hoeven robots niet te worden ‘ingehaald’ voordat met de volgende productiestap kan worden begonnen en blijven versnellingsverliezen minimaal', legt Bengt Lennartson uit. De professor van de Chalmers University of Technology in Zweden is initiatiefnemer van het onderzoek, waarin partijen als Kuka en General Motors, maar ook VSE partner Siemens zijn betrokken.

Zelfde cyclustijd
'De optimalisatie bepaalt ook in welke volgorde de verschillende taken worden uitgevoerd. Er wordt een strategie bepaald die zo min mogelijk energie verbruikt, maar die aan de totale bewerkingstijd niets veranderd', vervolgt hij. 'We kunnen zo heel snel een enkele robotcel optimaliseren zonder dat dit impact heeft op de bestaande productiecyclus en dus de rest van de lijn.'
Om de veiligheid te garanderen, moeten de bewegingen van verschillende robots die in eenzelfde bereik werken, goed worden gecoördineerd. De optimalisatietool moet dus in eerste instantie identificeren waar robots mogelijk kunnen botsen. Dat geldt ook voor de in- en uitgangsposities van alle botszones en voor elke robotbaan.

Veelbelovend
De testen die in het Robotics and Automation Laboratory van de Chalmers Universiteit zijn uitgevoerd, laten zien dat voor individuele robots de besparingen tussen de 15 en 35 procent liggen. Voor multirobotsystemen zijn besparingen tot 40 procent mogelijk. 'De eerste resultaten hebben aanzienlijke verbeteringen van 15 tot 40 procent laten zien', zegt Dr. Kristofer Bengtsson, een van de onderzoekers van Chalmers die helpt bij de implementatie van de nieuwe optimalisatiestrategieën. 'Maar het zijn natuurlijk wel voorlopige resultaten. Voor de echte praktijkbesparingsgetallen is verder testen in de praktijk noodzakelijk.' Ook is het besparingspotentieel afhankelijk van de toepassing. Dit zal bij producthandling groter zijn dan bij bijvoorbeeld robotlassen.

Nieuwe instructieset
Het optimalisatieproces begint met het precies vastleggen van de beweging van elke robot tijdens één productiecyclus. Ook eventuele botszones worden vastgelegd. Deze informatie wordt door het algoritme verwerkt, wat leidt tot een nieuwe instructieset voor de robot. In deze instructieset worden vooral versnellen en afremmen zo veel mogelijk vermeden. Dat bespaart niet alleen energie, omdat hier de meeste arbeid geleverd wordt, maar voorkomt ook slijtage.
'Het doel is om dit soort optimalisatiestrategieën standaard vanaf het eerste begin van het robotprogrammeren mee te nemen', zegt Bengtsson. 'Bij elke aanpassing van de bewerkingsvolgorde moet als default een nieuwe optimalisatieslag plaatsvinden. Maar zoals we allemaal weten kost het tijd om een ontwikkeld product in een robuust productieproces te integreren. Soms zitten hier jaren aan engineering in.'

Nog meer besparen
De robotoptimalisatie in Chalmers is een onderdeel van het Europese Areus project. Binnen dit project wordt nieuwe hardwaretechnologie ontwikkeld om de energiestroom in twee richtingen te optimaliseren en om het verbruik van duurzame energiebronnen in fabrieken te verbeteren. Denk hierbij aan een nieuwe voeding die het energieverbruik van robots nog verder terugdringt. Of een nieuw gelijkstroomnetwerk met een variabel voltage dat teruggewonnen energie van alle aandrijfsystemen kan verwerken. Binnen zo’n nieuw elektriciteitsnet zijn minder transformatoren nodig, wat minder verliezen betekent. Het doel is om alle remweerstanden en 30 procent van alle trafo’s overbodig te maken. Bovendien zorgen het gebruik van gelijkstroom, het niet optreden van het skineffect en de lagere piekstromen (tot 60 procent) er voor dat er veel minder koper nodig is. Tot slot willen de Areus deelnemers ook zonne-energie voor productiedoeleinden gaan gebruiken. Dit betekent onder andere de ontwikkeling van energieopslag en back-upsystemen. Tevens wil Areus hiertoe geavanceerde wiskundige modellen aan veelgebruikte ontwerptools toevoegen, zodat al in een vroeg stadium zaken als duurzaamheid, bidirectionele energiestromen en energiekosten kunnen worden gesimuleerd.