高效编程降低机器人的能耗

在过去几年中，机器人的应用得到了大幅提升。一方面原因是由于企业感受到竞争压力，为实现自身的生产最佳化；另一方面原因是由于机器人已经发展成为标准化生产设备，同时还发展出了机器人可进行控制操作的新领域。但机器人应用在生产中的不断推广，也使得生产中能耗量增加。当前能源越来越短缺，且能源成本在持续攀升，因此企业开始考虑采取环保战略，需从机器人的高效编程入手降低能耗。

通过优化工序降低能耗

企业可通过生产优化工序来达到降低机器人能耗的目的。工业生产需要很多能源，此外还会产生排放问题。2010年，世界工业的CO_{2年排放量达8亿1千900万t。}

由于生产中机器人的数量正逐渐增多，工业机器人能源有效利用便重新成为人们关注的焦点。目前，在世界范围内共有约120万台工业机器人投入使用。这些机器人中绝大多数用于汽车制造工业的汽车车身生产环节。在汽车制造厂，喷漆车间的作业之后的生产环节是能耗最高的。

大众Golf型车身前门的生产装置作为能耗研究的基准

德国Ostfalia大学生产技术研究所（IPT）与大众汽车（VW AG）合作，共同进行了一项有效利用机器人能源的研究。该研究的目的是确定机器人有效利用能源的措施，定义一个符合生产实际要求的能源效益高的机器人编程方式，并借助于数字工厂来落实所定义的方式。该研究项目主要是涉及到实践和使用者，以大众（VW）Golf VII型用于车身前门加工制造的机器人为能耗研究基准。

该项目的实施进程方式如图所示，实验了由机器人进行焊接、锻接和浸入液体处理等这些动作。为了确保对这些动作进行标准的功率测量，还研制了一个测量扫描光栅。该测量扫描光栅及其在机器人校正点的标准定位。

实现机器人与工作环境距离和高度最佳化

使用测量扫描光栅可研究各个机器人的提前设定动作过程。德国Ostfalia大学生产技术研究所（IPT）和大众汽车（VW AG）对机器人在加工制造大众（VW） Golf VII型车身前门时的不同速度、加速度行走方式和位置条件进行了研究。

在进行研究后，评估分析各个测量结果，然后推导出机器人编程的普遍适用改善能耗的措施。通过实现最佳化的机器人与工作环境距离和高度以及原点位置的实验，得出了对机器人能源消耗量影响的最大因素。通过针对这些因素采取措施，降低机器人能耗潜在可能性达23%～35%。此外，降低机器人的速度、等待时间和缩短与焊接点的距离也可进一步降低机器人能耗。

其他降低机器人能耗还有机器人行走线路方面的优化，通过规范机器人的常态化动作，可使机器人进一步节能达7%。此外，降低机器人的重量和进行有效的质量补偿也对机器人能源需求量有着影响。

研究结果给出了机器人节能措施的参考值。节能措施落实情况会使这些参考值出现增大或是减小的效果。机器人能耗的参考值和省时的参考值与具体实施的措施相关，但两组参考值之间没有必要的相互关联。

在进一步的实际试验中，这些参考值在生产技术研究所（IPT）又进行了进一步的检验和测试。在对检测结果进行了充分的分析评估后，推导出了改善机器人能耗的有效措施，由此得出了能源效率高的机器人编程的步骤。

使用者可通过4个步骤降低机器人的能源需求量。第一步是注意工作高度、工作距离以及机器人的原点位置，并使其达到最佳化。正如研究方所说，这些因素对机器人的能源消耗和工作用时的影响相当大。

第二步是机器人的行走轨道，如果工作环境许可，机器人的行走轨道应是自然式。自然的动作可使机器人平均节能7%，同时节省工作时间8%。这可以通过优化机器人的回转点来实现。如果作业环境允许机器人作可循环的圆周运动，这种方式从机器人节能角度便很有意义。大量实验得出的结果是，这种方式在耗时增加3%的情况下可使机器人达到节能13%的效果。

第三步涉及到机器人的具体行走轨道，应尽量避免机器人具体行走轨道中不必要的点及多余的钳式转动。可缩短机器人行走轨迹的长度，从而达到节能和省时的目的。最后一步是，如果生产节奏和工序允许，应降低机器人的运动速度或加速度。德国Ostfalia大学生产技术研究所（IPT）进一步进行的研究得出的结果是，与降低机器人运动的速度相比，降低机器人运动的加速度可以达到一个较好的耗时比。

不能忽视机器人的临界冲突点与安全性

在生产实践中落实这些主导思想必须要提前观察机器人的程序和周边部件。不能忽视机器人的临界冲突点与安全性。接着，该研究项目的合作双方在实践中对这些步骤进行了实验和研究。首先是用一模拟工具（程序模拟）对两个机器人的运动进行最佳化实验。对可能的机器人运动最佳化的检验是根据大众（VW）Golf VII型客车车身制造能耗需求量来选择使用的机器人进行实验的，该机器人预先进行了编程。接着，检测实现了最佳编程的机器人的能量需求值。

分析结果显示，一个机器人（R02）的能耗量降低了约32%，工作时间缩短了5%。第二个机器人（R01）的能耗需求量和等待时间均缩短了24%。对R02号机器人通过降低速度和加速度继续进行缩短等待时间的实验，速度降低75%和加速度降低50%，这台机器人仍然是保持着循环时间，而能耗量降低了39%。通过降低机器人的速度和加速度，生产工序作业时间缩短了37%。

需要进一步研究程序设计和程序模拟

该项目的研究结果表明，在实践中通过简单的改变和能源有效编程可达到降低机器人能耗的目的。今天，设计新的生产设备和建立新工厂均使用计算机进行。要实现在设计环节就能检测出机器人的能耗量，还必须进行进一步研究在节省能源的框架内数字工厂的程序设计和程序模拟（程序设计和程序模拟）。

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高效编程降低机器人的能耗

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