Neues Steuermodell für Robotergelenke senkt Energieverbrauch um bis zu 40 Prozent

Roboterarm: Bewegung frisst unnötig Strom Bildquelle: ehu.es)

Flexible Gelenke von Robotern, beispielsweise in industriellen Anwendungen, sind regelrechte Energieverschwender, wie Forscher an der Universität Baskenland (UPV/EHU) gezeigt haben. Das liegt daran, dass digitale Controller die zugehörigen Motoren bislang nach einem sehr einfachen Prinzip steuern. In Experimenten mit einem neuen Steuermodell konnten die Wissenschaftler den Verbrauch von Robotergelenken um bis zu 40 Prozent senken.

Wenn ein Roboter beispielsweise einen Gegenstand heben soll, müssen diverse kleine Motoren die nötigen Gelenke richtig bewegen. Diese Motoren müssen ständig Befehle bekommen. Tatsächlich muss ein Motor jederzeit wissen, in welchem Winkel seine Achse stehen soll, so Unai Ugalde, Lektor am Institut für Elektroniktechnologie der UPV/EHU. Derzeit übliche digitale Controller geben aber nur impulsweise Steuersignale. Gerade in der Industrie befolgen die Motoren in Robotergelenken einfach weiter den zuletzt erhaltenen Befehl, während sie auf neue Signale warten.

In einer im Magazin Control Engineering Practice veröffentlichten Studie hat das UPV/EHU-Team ein neues Steuermodell getestet. Dabei merkt sich das System neben dem aktuellsten auch den vorletzten Befehl, der an einen Motor übermittelt wurde. Mittels einer speziellen Funktion wird daraus berechnet, wie die Bewegung der Gelenke tatsächlich erfolgt. In Laborexperimenten hat sich das für robotische Ellbogen- und Handgelenke bewährt.

Der Energiebedarf für den Betrieb der Motoren wird deutlich gesenkt. Im Versuch war der Verbrauch um bis zu 40 Prozent geringer, ohne dass dadurch die Präzision der Bewegung gelitten hätte. Allerdings räumt der Wissenschaftler ein, dass Labortests mit einem kleinen Roboterarm letztlich unter Idealbedingungen erfolgt sind. Der nächste Schritt wäre zu prüfen, ob vergleichbare Ersparnisse auch auf industriellen Maßstab möglich sind. Selbst, falls die Stromersparnis dort geringer ausfällt, wäre der Ansatz angesichts der wachsenden Verbreitung von Robotern und steigender Energiepreise dennoch interessant.

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