西門(mén)子攜手大眾汽車(chē)等機構研究工業(yè)機器人能耗狀況

　　汽車(chē)工業(yè)機器人消耗的電能占車(chē)身制造能耗總量的一半以上。西門(mén)子攜手大眾汽車(chē)和弗勞恩霍夫協(xié)會(huì )共同開(kāi)發(fā)運動(dòng)優(yōu)化算法，大大降低了機器人的耗電量。

　　一家汽車(chē)制造廠(chǎng)一年消耗的電能堪比一座中型城市。工業(yè)機器人是其中的能耗大戶(hù)。通過(guò)優(yōu)化其運動(dòng)，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(chē)門(mén)，并以毫米級的精度將其安裝到車(chē)身上。其他機械臂也幾幾乎同時(shí)迅速靠攏，相互之間以毫厘之距擦肩而過(guò)。這些機械臂是用來(lái)對車(chē)門(mén)進(jìn)行焊接的，一時(shí)間，火花四濺。當這項任務(wù)完成之后，這些機械臂和來(lái)時(shí)一樣迅速離去，而車(chē)身則滾滾向前，前往下一個(gè)裝配站。這如同一場(chǎng)精心排演的芭蕾舞，數以千計的工業(yè)機器人在工廠(chǎng)隨時(shí)“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(chǎn)千輛的汽車(chē)廠(chǎng)，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(dòng)傳送帶、機器和泵的電機，以及操作機械臂關(guān)節的電機，所消耗的電能要占工業(yè)耗電量的三分之二左右。然而，要從負責裝配車(chē)身的工業(yè)機器人的控制系統中挖掘節電潛力，還有很長(cháng)的路要走。

　　為了找出行之有效的辦法，大眾汽車(chē)、西門(mén)子和弗勞恩霍夫協(xié)會(huì )聯(lián)合發(fā)起了一個(gè)為期三年的研究項目，細致深入地考察制造機械臂的運動(dòng)。這個(gè)名為“綠色車(chē)身技術(shù)創(chuàng )新聯(lián)盟(InnoCaT)”的項目，旨在使用高效的軟件解決方案來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，以大幅降低其耗電量。迄今為止，生產(chǎn)線(xiàn)機械臂的運動(dòng)路徑通常是由人工編程。機械臂運動(dòng)過(guò)程中遇到的障礙物和設置安裝高度時(shí)的失誤，是推高耗電量的一般因素。然而，最費電的過(guò)程是機械臂頻頻變換運動(dòng)方向時(shí)發(fā)生的減速和加速。

　　西門(mén)子工業(yè)的整合經(jīng)理MatthiasFrische是InnoCaT一個(gè)子項目的負責人，他說(shuō)：“目前，幾乎所有工業(yè)機器人都尚未實(shí)現運動(dòng)優(yōu)化。但突發(fā)運動(dòng)會(huì )造成耗電高峰和機械應力?！庇需b于此，Frische取得的一個(gè)重要研究成果是一個(gè)模擬模型，它能計算出不存在任何方向突變的優(yōu)化曲線(xiàn)。這個(gè)模型值得稱(chēng)道之處在于，它不要求更換機械臂，因為它只是改進(jìn)了它們的運動(dòng)方式。Frische說(shuō)：“這就好比學(xué)跳芭蕾舞。練習一段時(shí)間后，舞者的動(dòng)作會(huì )變得更加優(yōu)雅、高效，哪怕身體還是原來(lái)的?！?/p>

　　為了開(kāi)發(fā)運動(dòng)優(yōu)化算法，項目團隊將一個(gè)典型的汽車(chē)工業(yè)機器人搬到實(shí)驗室，對它執行多種不同任務(wù)時(shí)的能耗進(jìn)行了分析。然后根據分析結果，創(chuàng )建了一個(gè)模擬模型。每一次測定之后，科學(xué)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(lèi)在搬運重物時(shí)，他們會(huì )本能地以盡可能最符合人機工程學(xué)的方式運動(dòng)。同樣，模擬模型可以為機器人計算出實(shí)現了動(dòng)力學(xué)優(yōu)化的節電運動(dòng)路徑。這樣的路徑，堪比跑車(chē)在彎道上行駛的軌跡?！痹囼灲Y果令項目團隊驚喜不已，因為結果表明，優(yōu)化路徑的節電潛力高達10%到50%。Frische補充道：“通過(guò)從突發(fā)運動(dòng)改為弧線(xiàn)運動(dòng)，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(shí)間?！?/p>