Planning of Energy-Efficient Trajectories with Utilization of Energy Storage and Energy Interchange between Electrical Drives
Final Report Abstract
Die wesentliche Zielsetzung des Forschungsprojekts bestand in der Erforschung und Entwicklung von Verfahren zur Minimierung des Energiebedarfs mehrachsiger Servoantriebssysteme und Roboter durch gezielte Nutzung mechanischer Achsverkopplung und elektrischer Zwischenkreisverbünde zum Energieaustausch sowie vorhandener und/oder zusätzlicher Energiespeicher. In grundlagenorientierten Untersuchungen wurden unterschiedliche generische Ansätze und Methoden hierzu entwickelt und an geeigneten, industrienahen Prüfständen experimentell validiert. Jegliche Verfahren lassen sich folglich auf beliebige vergleichbare Mehrachsantriebssysteme übertragen bzw. geeignet miteinander kombinieren. Wesentliche Ergebnisse wurden hierbei hinsichtlich der energetischen Modellbildung im Zwischenkreisverbund befindlicher Servoantriebe sowie der benötigten Bewegungsplanungsansätze zur Optimierung erzielt. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass trotz hocheffizienter Antriebskomponenten weiterhin hohes Einsparpotential bezüglich des Energiebedarfs in typischen industriellen Anwendungen, insbesondere bei hochdynamischen Handhabungsprozessen, besteht. Die mögliche Energiebedarfsreduktion hängt dabei jedoch generell stark vom jeweiligen Einzelfall ab. Die im Laborumfeld an industriellen Systemen erzielten Einsparungen streuten entsprechend zwischen null und bis zu ca. 60%. Einer zielgerichteten Anwendung der entwickelten Verfahren muss somit derzeit noch eine eingehende Analyse Ist-Zustands und der gegebenen Möglichkeiten zur Prozessoptimierung unter gegebenen Randbedingungen zur Auswahl des geeigneten Ansatzes vorhergehen. Wenngleich das Thema der energieoptimalen Bewegungsplanung von Manipulatoren seit langer Zeit intensiv erforscht wird, hat der hinzugekommene Aspekt der Zwischenkreiskopplung in Ergänzung zur Anwendung von Energiespeichern sowie konventioneller Methoden deutliche Aufmerksamkeit erregt. Die Ergebnisse konnten in vielzähligen Artikeln und Vorträgen (z. T. mit Auszeichnung) über renommierte internationale Veranstaltungen und Medien publiziert werden. Die Überführung der entwickelten Verfahren in die industrielle Praxis und die Weiterentwicklung bestehender Ansätze erfolgt derzeit in Anschlussprojekten sowie mit Kooperationspartnern der Industrie.
Publications
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(2014): Reduction of Energy Consumption by Optimized Robot Cell Design, Proceedings of the Symposium on Automated Systems and Technologies, pp. 65-70, Garbsen, Deutschland
Eggers, K.; Hansen, C.; Kotlarski, J.; Ortmaier, T.
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(2014): Towards Synthesizing Energy-Efficient Controllers for Modern Production Systems from Scenario-Based Specifications, Proceedings of the 2nd International Conference on System-integrated Intelligence: New Challenges for Product and Production Engineering, Procedia Technology 15 (2014), pp. 388-397, Bremen, Deutschland
Greenyer, J.; Hansen, C.; Kotlarski, J.; Ortmaier T.
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(2015): Comparative Evaluation of Energy Storage Application in Multi-Axis Servo Systems, Proceedings of the 14th IFToMM World Congress, 2015, Taipei, Taiwan
Hansen, C.; Eggers, K.; Kotlarski, J.; Ortmaier, T.
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(2015): Concurrent Energy Efficiency Optimization of Multi-Axis Positioning Tasks, in Proc. of the 10th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, Auckland, New Zealand (Best Paper Award)
Hansen, C.; Eggers, K.; Kotlarski, J.; Ortmaier, T.
