50 % weniger Energieverbrauch 04.06.2014, 15:10 Uhr

Volkswagen und Siemens bringen Industrierobotern sanfte Bewegungsabläufe bei

Aus der Automobilindustrie sind Industrieroboter nicht mehr wegzudenken: Sie schweißen, kleben, und verbinden – und sind dabei wegen ihrer ruckartigen Bewegungen wahre Stromfresser. Volkswagen, Siemens und die Fraunhofer-Gesellschaft tüfteln deswegen an einer neuen Software. Sie soll Robotern sanfte und stromsparende Bewegungen beibringen.

Roboterarme könnten in Zukunft durch ergonomischere Bewegungen bis zu 50 Prozent weniger Strom verbrauchen. Derzeit sind besonders die ruckartigen Bewegungen beim Beschleunigen und Abbremsen energieintensiv.

Roboterarme könnten in Zukunft durch ergonomischere Bewegungen bis zu 50 Prozent weniger Strom verbrauchen. Derzeit sind besonders die ruckartigen Bewegungen beim Beschleunigen und Abbremsen energieintensiv.

Foto: Siemens

Wer einmal in einem Automobilwerk den unzähligen Robotern am Band zugeschaut hat, denkt beinahe unwillkürlich an eine Ballettchoreografie: Wie eine leichte Feder hebt der gigantische Arm eines Roboters eine Autotür an, schwenkt blitzschnell zum Band herum und setzt sie mit ruckartigen Bewegungen millimetergenau an die Karosserie. Weitere Arme rasen heran, verfehlen sich dabei nur um wenige Zentimeter. Funken sprühen, während die Roboter die Scharniere der Türe an den Rahmen schweißen. Wie auf ein Kommando des Choreografen ziehen sie sich rasch zurück, während die Karosserie am Band weiterfährt zur nächsten Station der Autoproduktion.

Ruckartige Bewegungen machen Industrieroboter zu Stromfressern

Tausende Industrieroboter verrichten in einer Fabrik heute rund um die Uhr ihren Dienst. Sie brauchen, anders als Balletttänzer, keine Pause. Ihr Energiehunger ist jedoch schier unersättlich: Ein Automobilwerk mit einer Tagesproduktion von rund 1000 Fahrzeugen benötigt einige Hundert Gigawattstunden Strom pro Jahr. Das entspricht dem Stromverbrauch einer mittelgroßen Stadt. Dabei entfallen etwa zwei Drittel auf Elektromotoren, die zum Beispiel die Montagebänder antreiben, die Maschinen oder auch Pumpen bewegen oder in den Gelenken der Roboter sitzen und für Bewegung sorgen.

Eine Forscherallianz unter der Federführung von Volkswagen, Siemens und der Fraunhofer-Gesellschaft hat sich jetzt diese gigantische Stromfresserei vorgenommen. Ziel der Innovationsallianz Green Carbody Technologies (Innocat) ist es, den Bewegungsablauf mit Hilfe von effizienten Softwarelösungen so zu optimieren, dass er mit deutlich geringerem Energieeinsatz realisiert werden kann.

Die lila Linie beschreibt eine Bewegungsbahn, die durch einen abrupten Richtungswechsel gekennzeichnet und deswegen energieintensiv ist. Die Software soll hingegen sanfte Bewegungsbahnen (blau) ermöglichen.

Die lila Linie beschreibt eine Bewegungsbahn, die durch einen abrupten Richtungswechsel gekennzeichnet und deswegen energieintensiv ist. Die Software soll hingegen sanfte Bewegungsbahnen (blau) ermöglichen.

Quelle: Siemens

Stellenangebote im Bereich Automatisierungstechnik

Automatisierungstechnik Jobs
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieurin oder Projektingenieur im Bereich Ladeinfrastruktur (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Hannover Zum Job 
Staatliches Baumanagement Niedersachsen-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) Elektrotechnik Staatliches Baumanagement Niedersachsen
Staatliches Baumanagement Niedersachsen-Firmenlogo
Architekten, Bau- und Elektroingenieure (m/w/d) Staatliches Baumanagement Niedersachsen
Wilhelmshaven Zum Job 
Stadtwerke Augsburg Holding GmbH-Firmenlogo
Elektroplaner*in (m/w/d) im Bereich Fernwärme Stadtwerke Augsburg Holding GmbH
Augsburg Zum Job 
Stadtwerke Augsburg Holding GmbH-Firmenlogo
Meister*in / Techniker*in (m/w/d) Sekundärtechnik Stadtwerke Augsburg Holding GmbH
Augsburg Zum Job 
Carel Deutschland GmbH-Firmenlogo
Technical Solution Specialist (m/w/d) Presales Carel Deutschland GmbH
Gelnhausen-Hailer oder Homeoffice (Hessen, NRW, BW, RP, Saarland, Bayern) Zum Job 
Sanofi-Aventis Deutschland GmbH-Firmenlogo
Trainee Manufacturing & Supply - All genders Sanofi-Aventis Deutschland GmbH
Frankfurt am Main Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
(Junior) Ingenieur als Projektmanager in der Hochspannung (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in / Architekt*in / Bauleiter*in (m/w/d) für Großprojekte der Bereiche Infrastruktur (Freileitung, Kabeltiefbau, Bahn) THOST Projektmanagement GmbH
Bremen, Hamburg, Leipzig, Göttingen, Dresden Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) in der Terminplanung für Großprojekte im Anlagenbau THOST Projektmanagement GmbH
verschiedene Standorte Zum Job 
Hochschule Heilbronn-Firmenlogo
Doktorand*in - Wasserstofflabor Hochschule Heilbronn
Heilbronn Zum Job 
MVV Netze GmbH-Firmenlogo
Fachingenieur Strom (m/w/d) MVV Netze GmbH
Mannheim Zum Job 
IMS Röntgensysteme GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/i) für digitale Inspektionssysteme IMS Röntgensysteme GmbH
Heiligenhaus Zum Job 
AVM-Firmenlogo
Entwickler für Hochfrequenztechnik (w/m/d) AVM
AVM-Firmenlogo
Konstrukteur für Kunststoff- und Metallteile (w/m/d) AVM
Nord-Micro GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Projekt- / Produktingenieur (m/w/d) Nord-Micro GmbH & Co. KG
Frankfurt am Main Zum Job 
Schumacher Precision Tools GmbH-Firmenlogo
Maschinenbau-Ingenieur auf Führungsebene (m/w/d) (z. B. Bachelor oder Master im Maschinenbau) Schumacher Precision Tools GmbH
Remscheid Zum Job 
Nord-Micro GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Projekt- / Produktingenieur (m/w/d) Elektromotoren Nord-Micro GmbH & Co. KG
Frankfurt am Main Zum Job 
BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung-Firmenlogo
Technische*r Mitarbeiter*in / Ingenieur*in (m/w/d) in einer Ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtung mit dem Schwerpunkt Elektronik / Mikroelektronik BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Dräger Safety AG & Co. KGaA-Firmenlogo
Vertriebsingenieur / Vertriebsmitarbeiter (m/w/d) Gasmesstechnik / Sicherheitstechnik - Gebiet Hessen Dräger Safety AG & Co. KGaA
Wiesbaden Zum Job 

„Derzeit arbeitet kaum ein Industrieroboter bewegungsoptimiert“, urteilt Matthias Frische, Integration Manager bei Siemens Industry und Teilprojektleiter bei Innocat. „Die ruckartigen Bewegungen verursachen Lastspitzen im Energieverbrauch und belasten die Mechanik.“ Das Problem: Bisher werden die Bewegungsbahnen der Roboter in Produktionsstraßen meist manuell programmiert. Steht ein Richtungswechsel an, wird abgebremst, gedreht und wieder beschleunigt. Es liegt auf der Hand, dass eine solche Bewegungsstrategie jede Menge Energie verschlingt.

Simulationsmodell berechnet energiesparende Bewegungsbahnen

Die Innocat-Forscher haben jetzt nach dreijähriger Forschungsarbeit ein Simulationsmodell entwickelt, das optimale Bahnkurven für die Roboter ohne abrupte Richtungswechsel errechnet. Besonders bemerkenswert: Kein Roboter muss ausgetauscht werden, da lediglich der Bewegungsablauf verbessert wird. „Stellen Sie sich zum Vergleich einen Ballettkurs vor“, empfiehlt Frische. „Nach einiger Zeit lernt der gleiche Körper, sich fließender und effizienter zu bewegen.“

Im Labor wurde der Energiebedarf eines typischen Roboters für die verschiedenen Aufgaben analysiert und in ein Simulationsmodell überführt. Nach jeder Messung passten die Forscher verschiedene Parameter an und ermittelten so Schritt für Schritt 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.“

50 Prozent weniger Stromverbrauch sind möglich

Die optimierten Bahnen ergaben in Labortests Stromersparnisse zwischen 10 und 50 Prozent. „Die runderen Bewegungen senken zudem die mechanische Belastung der Roboter, also auch die Wartungs- und Instandhaltungskosten sowie die Stillstandzeiten“, sagt Frische. Diese erfolgsversprechenden Laborergebnisse durchlaufen derzeit den Praxistest. Denn die einzelnen Stationen einer robotergestützten Fertigung müssen wie Zahnräder in einem Uhrwerk ineinander greifen. Sonst droht Kollaps und Stillstand. Die Messwerte des Praxistests zeigten: Auch unter realen Produktionsbedingungen können Energieeinsparungen von bis zu 50 Prozent erreicht werden.

Im Labor experimentieren die Forscher mit Bewegungsbahnen für Roboterarme, die besonders wenig Strom verbrauchen.

Im Labor experimentieren die Forscher mit Bewegungsbahnen für Roboterarme, die besonders wenig Strom verbrauchen.

Quelle: Siemens

Lesen Sie auch:

Nun geht Innocat in Phase zwei: Die Ingenieure testen und verbessern ein Softwaremodul, das den Energieverbrauch eines vorgegebenen Bewegungsablaufes automatisch optimiert. Dazu legt der Programmierer zunächst die Positionen fest, die ein Roboter ansteuern muss – im Karosseriebau beispielsweise die verschiedenen Schweißpunkte. Die Software errechnet dann in Sekundenschnelle die energetisch effizienteste Bahn zwischen zwei Punkten. Das klingt simpel. Allerdings muss die Software dabei auch beachten, dass der nötige Abstand zu all den anderen mechanischen Helfern eingehalten wird. Dazu muss die Interaktion aller Roboter aufeinander abgestimmt werden.

Verringerung des Energiebedarfs auf Knopfdruck

Eine manuelle Bahnoptimierung würde für jeden einzelnen Roboter mehrere Tage dauern. Bei tausenden Robotern in einer Autofertigung ein unverhältnismäßig hoher Aufwand. „Mit unserer Software werden wir erstmals eine energetische Bahnoptimierung ermöglichen, die sich automatisiert und damit wirtschaftlich umsetzen lässt“, freut sich Frische. Siemens plant, ein entsprechendes Modul in seine Fertigungsplanung-Software Tecnomatix aufzunehmen. „Fertigungsunternehmen können sozusagen auf Knopfdruck ihren Energiebedarf verringern, und dadurch einen Beitrag zum Umweltschutz leisten“, betont Frische. „Mit Hilfe unserer Software schreibt der Programmierer die Choreographie für das ressourcensparende Zusammenspiel der Roboter.“

 

Ein Beitrag von:

  • Detlef Stoller

    Detlef Stoller ist Diplom-Photoingenieur. Er ist Fachjournalist für Umweltfragen und schreibt für verschiedene Printmagazine, Online-Medien und TV-Formate.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.