03/07/2014 - Der Energieverbrauch der Robotergelenke kann im Labor um 40% gesenkt werden.

Menéame

Los Roboter werden zunehmend in den Industrieprozesse, weil sie in der Lage sind, wiederholte Aufgaben genau und zuverlässig zu erfüllen. Zurzeit werden digitale Steuerungen verwendet, um die Gelenkmotoren dieser Roboter zu steigern. Und es ist nicht einfach, diese Treiber so zu entwickeln und zu programmieren, dass sie effizient arbeiten.

Unai Ugalde Olea, Professor für Abteilung für Elektronik der UPV/EHUEr hat untersucht, wie diese Systeme oder Roboter mit höherer Energieeffizienz angetrieben werden können, und auf Laborebene festgestellt, dass der Energieverbrauch in einigen Fällen um bis zu 40% gesenkt werden kann.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Control Engineering Practice.

Stellen wir uns vor, für einen Moment, den Arm eines Roboters, der immer wieder eine Tasse Kaffee in den Mund nimmt. Das Gelenk dieses Roboterarms braucht eine gewisse Flexibilität, und ein elektrischer Motor, der die aufsteigenden und absteigenden Bewegungen anregt. Man muß also dem Motor einige Befehle schicken, damit dieses Gelenk die entsprechenden Bewegungen ausführen kann. "Motoren müssen ständig Befehle erhalten. Tatsächlich muss der Motor zu jeder Zeit wissen, in welchem Winkel seine Achse sein sollte. Die aktuellen digitalen Treiber geben jedoch nur zu bestimmten Zeiten Befehle aus (in diskreter Zeit); man kann sagen, dass sie Befehle ausdrücken: zunächst einen Befehl, dann eine kleine Pause, dann eine weitere kleine Pause... und so," erklärte Unai Ugalde, Professor der Abteilung für Elektronik der UPV/EHU. Gerade der UPV/EHU-Forscher hat einen neuen Vorschlag für dieses Zeitintervall gemacht, in dem es keine Reihenfolge gibt.

In der Industrie herrscht in der Regel, solange kein neuer Auftrag erteilt wird, der bisherige Auftrag. Das heißt, bis der neue Befehl kommt, wird der vorherige Befehl ausgeführt. "In dieser Studie haben wir festgestellt, dass diese Arbeitsweise geändert werden kann. Wir haben eine Polynomfunktion verwendet, die auf zwei Werten (die den letzten beiden Ordnungen entsprechen) beruht, um den Prozess irgendwie wieder aufzubauen," erklärte Ugalde. "Das war die Neuheit der Forschung," fügt er hinzu.

Energieeinsparungen

Bislang wurde der frühere Befehl bis zur Ausstellung des neuen Kontrollbefehls berücksichtigt, d. h. es wurde das verwendet, was in der Systemsteuerungsliteratur als "Nullorder Rekonstruktion" (zero-order rekonstruktion) bezeichnet wird. Das ist jedoch nicht die einzige Option, und diese Forschung hat sich in der Tat auf diesen Aspekt konzentriert. Insbesondere hat der Forscher versucht, die Vorteile, die sich aus der Berücksichtigung beider Aufträge ergeben, zu untersuchen und experimentell zu prüfen, die letzte und die vorletzte. Wenn dieser Wiederaufbau linear zu konstanter und nicht flacher Steigung verläuft, wird er als fraktionaler Wiederaufbau (fractional-order reconstruction) bezeichnet, und obwohl er bekannt ist, wurde er bisher nicht sehr berücksichtigt.

Ugalde hat festgestellt, dass polynomische oder fraktionelle Rekonstruktionen in flexiblen Gelenken interessant sein können, wie z. B. bei Ellbogen und Handgelenken von Robotern. Die Laborversuche haben gezeigt, daß "die Energie, die für den Antrieb der Motoren benötigt wird, erheblich reduziert wird. In idealen Fällen kann diese Verringerung bis zu 40

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