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.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)-Firmenlogo
Bauingenieur/in (m/w/d) Fachrichtung Tiefbau / Straßenbau Stadtbetrieb Wetter (Ruhr)
Wetter (Ruhr) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Brandschutzbeauftragte*r mit Zusatzfunktionen Tram (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Planungsingenieur (w/m/d) Streckenplanung Die Autobahn GmbH des Bundes
Uwe Wenzel WW-Personalkonzepte e.K.-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Wärmepumpensysteme und Regelungen Uwe Wenzel WW-Personalkonzepte e.K.
Großraum Hamburg Zum Job 
Landeshauptstadt München-Firmenlogo
Verkehrsingenieur*innen für die Verkehrswende (w/m/d) Landeshauptstadt München
München Zum Job 
Framatome-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) für nukleare Entsorgung Framatome
Karlstein am Main, Erlangen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur als Bauwerksprüfer (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Verfahrenstechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Technische Universität Graz-Firmenlogo
Universitätsprofessur für Nachhaltige Antriebssysteme und angewandte Thermodynamik (m/w/d) Technische Universität Graz
Graz (Österreich) Zum Job 
Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)-Firmenlogo
Projektingenieurin / Projektingenieur (w/m/d) Elektrotechnik Berliner Stadtreinigungsbetriebe (BSR)
Lübeck Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
(Umwelt-)Ingenieur (w/m/d) für Boden, Abfall, Altlasten und Georisiken Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
Fuest Familienstiftung-Firmenlogo
Bauzeichner, Bautechniker oder Innenarchitekt (m/w/d) Fuest Familienstiftung
Timm Technology GmbH-Firmenlogo
Sales Manager / Vertriebsingenieur (m/w/d) Timm Technology GmbH
Reinbek Zum Job 
Caljan GmbH-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur / Konstrukteur Sondermaschinenbau (m/w/d) Caljan GmbH
Halle (Westfalen) Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
(Senior) Projektmanager*in Niederspannung (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur* Produktmanagement für Navigationsdienste DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Langen (Hessen) Zum Job 
VAHLE-Firmenlogo
Ingenieur Automatisierungs- und Steuerungstechnik (m/w/d) VAHLE
Kamen, Großraum Dortmund Zum Job 
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Patentingenieur (m/w/d) der Fachrichtung Physik und/oder Elektrotechnik mit der Möglichkeit zur Ausbildung zum "European Patent Attorney (m/w/d/)" Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Flugsicherungsingenieur (w/m/d) DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB-Firmenlogo
Europäischer Patentanwalt (m/w/d) der Fachrichtung Physik, Informatik, Elektrotechnik oder Nachrichtentechnik Grünecker Patent- und Rechtsanwälte PartG mbB
München Zum Job 

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

„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.