Chalmers robotlabb

Mjukare rörelser kapar effekttoppar

​Genom att programmera industrirobotar att röra sig mjukt och smidigt, så att kraftiga accelerationer och inbromsningar undviks, kan såväl energiförbrukning som effekttoppar minskas betydligt. Med dessa resultat i ryggen tar nu forskarna ett steg vidare för att undersöka hur även andra rörliga produktionsutrustningar kan effektiviseras.​
Att driva processer optimalt ur energi- och miljöhänseende blir allt mer intressant och angeläget för tillverkningsindustrin. Det ger i förlängningen konkurrensfördelar i form av sänkta produktionskostnader och stärkt hållbarhetsprofil. 

På Chalmers har forskargruppen Automation sedan flera år arbetat tillsammans med fordonsindustrin för att minska energiförbrukningen hos robotsystem som används i tillverkningsprocesser. Industrirobotarna är energikrävande. Exempelvis vid tillverkning av fordonskarosser kan robotarnas förbrukning stå för cirka hälften av produktionsutrustningarnas totala elbehov.

Oförändrad produktion och lägre energibehov
– Våra resultat visar att energiförbrukningen kan minskas med 20-25 procent genom att industrirobotarna rör sig med mjukare rörelser och undviker onödiga start och stopp, säger Bengt Lennartson, professor i automation på institutionen för elektroteknik. Och detta utan att takten i tillverkningen sänks.

Ännu större är minskningen när det gäller robotarnas effektbehov – effekttopparna kan reduceras med så mycket som 60 procent. Eftersom de kraftiga accelerationerna har tagits bort, till förmån för jämnare körning, uppstår inte heller lika stora momentana effektbehov. Detta har även en positiv inverkan på komponenternas livslängd.

– Att effektbehovet minskar så pass mycket är en positiv sidoeffekt av den energibesparing vi inledningsvis siktade på att uppnå. Hittills har effektbalansen i det svenska energisystemet varit god men framöver, om landet går mot en situation då effektbrist kan uppstå, kan det bli kostsamt för industrier vars elförbrukning resulterar i höga effekttoppar. 

Tar metoden vidare
– Vår metod att optimera körsättet för robotarna har visat sig vara både enkel och effektiv, konstaterar Bengt Lennartson. Optimeringen ändrar inte robotens körbana, endast operationernas hastighet och sekvensordning. Vi samlar in data från den verkliga roboten och bearbetar den i ett optimeringsprogram. Resultatet blir förbättrade rörelseinstruktioner som direkt matas tillbaka till roboten.

Forskargruppen har nu börjat fokusera även på andra teknikområden där det finns rörliga och energikrävande system inom industrin. Det kan exempelvis handla om automatiserade truckar, transportörsystem och numeriskt styrda verktygsmaskiner.

Framtidens produktionssystem
Automationsgruppens forskning kring energieffektivisering är ett bra exempel på datadrivna optimeringsmetoder. Denna typ av optimering, i kombination med artificiell intelligens, AI, är på väg att göra sitt intåg i industriell produktion för att forma det som kallas intelligent tillverkning, Intelligent Manufacturing. Det handlar om smarta maskiner och uppkopplade tillverkningssystem som samverkar och kommunicerar med varandra. 

– Inte minst i Kina är intresset stort för intelligenta och hållbara produktionssystem, säger Bengt Lennartson, som nyligen deltagit som inbjuden talare vid flera forskningskonferenser i detta ämne. Ofta framhålls vi i Sverige som ett gott exempel på hur hållbara och energieffektiva tillverkningssystem kan byggas upp, och det ser jag också som vår styrka.

Text: Yvonne Jonsson
Foto: Malin Ulfvarson och Oscar Mattsson

Mer om forskningen
Smart prognos av energianvändning med resursfördelning, SPEAR


Kontaktinformation
Bengt Lennartson, professor i automation, avdelningschef för system- och reglerteknik vid institutionen för elektroteknik, Chalmers, 
Effektförbrukning för industrirobot 
Reducering av effekttoppar genom att minimera robotrörelsens accelerationer.​​​

Publicerad: to 24 jan 2019. Ändrad: to 24 jan 2019