西門子攜手大眾汽車等機構研究工業機器人能耗狀況

　　汽車工業機器人消耗的電能占車身制造能耗總量的一半以上。西門子攜手大眾汽車和弗勞恩霍夫協會共同開發運動優化算法，大大降低了機器人的耗電量。

　　一家汽車制造廠一年消耗的電能堪比一座中型城市。工業機器人是其中的能耗大戶。通過優化其運動，可以將耗電量最多降低50%。

　　一只巨型機械臂輕而易舉地舉起車門，并以毫米級的精度將其安裝到車身上。其他機械臂也幾幾乎同時迅速靠攏，相互之間以毫厘之距擦肩而過。這些機械臂是用來對車門進行焊接的，一時間，火花四濺。當這項任務完成之后，這些機械臂和來時一樣迅速離去，而車身則滾滾向前，前往下一個裝配站。這如同一場精心排演的芭蕾舞，數以千計的工業機器人在工廠隨時“翩翩起舞”。然而，與舞者不同的是，機械臂不需要任何休息。但是，它們對電能的胃口則永不饜足。

　　一家日產千輛的汽車廠，每年可輕而易舉地消耗數億度電能——堪比一座中型城市。負責驅動傳送帶、機器和泵的電機，以及操作機械臂關節的電機，所消耗的電能要占工業耗電量的三分之二左右。然而，要從負責裝配車身的工業機器人的控制系統中挖掘節電潛力，還有很長的路要走。

　　為了找出行之有效的辦法，大眾汽車、西門子和弗勞恩霍夫協會聯合發起了一個為期三年的研究項目，細致深入地考察制造機械臂的運動。這個名為“綠色車身技術創新聯盟(InnoCaT)”的項目，旨在使用高效的軟件解決方案來優化生產過程，以大幅降低其耗電量。迄今為止，生產線機械臂的運動路徑通常是由人工編程。機械臂運動過程中遇到的障礙物和設置安裝高度時的失誤，是推高耗電量的一般因素。然而，最費電的過程是機械臂頻頻變換運動方向時發生的減速和加速。

　　西門子工業的整合經理MatthiasFrische是InnoCaT一個子項目的負責人，他說：“目前，幾乎所有工業機器人都尚未實現運動優化。但突發運動會造成耗電高峰和機械應力。”有鑒于此，Frische取得的一個重要研究成果是一個模擬模型，它能計算出不存在任何方向突變的優化曲線。這個模型值得稱道之處在于，它不要求更換機械臂，因為它只是改進了它們的運動方式。Frische說：“這就好比學跳芭蕾舞。練習一段時間后，舞者的動作會變得更加優雅、高效，哪怕身體還是原來的。”

　　為了開發運動優化算法，項目團隊將一個典型的汽車工業機器人搬到實驗室，對它執行多種不同任務時的能耗進行了分析。然后根據分析結果，創建了一個模擬模型。每一次測定之后，科學家們都要調節多種不同的參數，由此逐步確定哪些設置的節電潛力最大。Frische解釋道：“人類在搬運重物時，他們會本能地以盡可能最符合人機工程學的方式運動。同樣，模擬模型可以為機器人計算出實現了動力學優化的節電運動路徑。這樣的路徑，堪比跑車在彎道上行駛的軌跡。”試驗結果令項目團隊驚喜不已，因為結果表明，優化路徑的節電潛力高達10%到50%。Frische補充道：“通過從突發運動改為弧線運動，機械臂的機械應力得以降低，從而降低了維護要求，縮短了停工時間。”