西门子携手大众汽车等机构研究工业机器人能耗状况

汽车工业机器人消耗的电能占车身制造能耗总量的一半以上。西门子携手大众汽车和弗劳恩霍夫协会共同开发运动优化算法，大大降低了机器人的耗电量。

本文引用地址：一家汽车制造厂一年消耗的电能堪比一座中型城市。工业机器人是其中的能耗大户。通过优化其运动，可以将耗电量最多降低50%。

一只巨型机械臂轻而易举地举起车门，并以毫米级的精度将其安装到车身上。其他机械臂也几几乎同时迅速靠拢，相互之间以毫厘之距擦肩而过。这些机械臂是用来对车门进行焊接的，一时间，火花四溅。当这项任务完成之后，这些机械臂和来时一样迅速离去，而车身则滚滚向前，前往下一个装配站。这如同一场精心排演的芭蕾舞，数以千计的工业机器人在工厂随时“翩翩起舞”。然而，与舞者不同的是，机械臂不需要任何休息。但是，它们对电能的胃口则永不餍足。

一家日产千辆的汽车厂，每年可轻而易举地消耗数亿度电能——堪比一座中型城市。负责驱动传送带、机器和泵的电机，以及操作机械臂关节的电机，所消耗的电能要占工业耗电量的三分之二左右。然而，要从负责装配车身的工业机器人的控制系统中挖掘节电潜力，还有很长的路要走。

为了找出行之有效的办法，大众汽车、西门子和弗劳恩霍夫协会联合发起了一个为期三年的研究项目，细致深入地考察制造机械臂的运动。这个名为“绿色车身技术创新联盟(InnoCaT)”的项目，旨在使用高效的软件解决方案来优化生产过程，以大幅降低其耗电量。迄今为止，生产线机械臂的运动路径通常是由人工编程。机械臂运动过程中遇到的障碍物和设置安装高度时的失误，是推高耗电量的一般因素。然而，最费电的过程是机械臂频频变换运动方向时发生的减速和加速。

西门子工业的整合经理MatthiasFrische是InnoCaT一个子项目的负责人，他说：“目前，几乎所有工业机器人都尚未实现运动优化。但突发运动会造成耗电高峰和机械应力。”有鉴于此，Frische取得的一个重要研究成果是一个模拟模型，它能计算出不存在任何方向突变的优化曲线。这个模型值得称道之处在于，它不要求更换机械臂，因为它只是改进了它们的运动方式。Frische说：“这就好比学跳芭蕾舞。练习一段时间后，舞者的动作会变得更加优雅、高效，哪怕身体还是原来的。”

为了开发运动优化算法，项目团队将一个典型的汽车工业机器人搬到实验室，对它执行多种不同任务时的能耗进行了分析。然后根据分析结果，创建了一个模拟模型。每一次测定之后，科学家们都要调节多种不同的参数，由此逐步确定哪些设置的节电潜力最大。Frische解释道：“人类在搬运重物时，他们会本能地以尽可能最符合人机工程学的方式运动。同样，模拟模型可以为机器人计算出实现了动力学优化的节电运动路径。这样的路径，堪比跑车在弯道上行驶的轨迹。”试验结果令项目团队惊喜不已，因为结果表明，优化路径的节电潜力高达10%到50%。Frische补充道：“通过从突发运动改为弧线运动，机械臂的机械应力得以降低，从而降低了维护要求，缩短了停工时间。”

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