Page 133 - 工业机器人控制技术研究

第四章 工业机器人的性能优化

第四节 工业机器人能耗优化

工业机器人是能源密集型的，使用中存在能量的不合理利用，造成大量的

能源浪费。以汽车制造业为例，机器人消耗的电能占工厂总电能消耗的 8%，白
车身车间机器人消耗的电能约占车间总电能消耗的 30%。机器人技术作为智能
制造的核心技术之一，必须具有高效、节能的特点。因此，如何降低工业机器人
能耗，提高工业机器人能量效率是实现智能制造和绿色制造的不可避免的关键问

题，是推动智能制造和绿色制造的关键所在。作为制造业能耗问题的重要部分，
机器人能耗问题已引起各制造业大国的关注。“欧盟 2020 战略”把“资源更高
效的欧洲”作为其行动计划之一，鼓励能源密集型行业节约能源，提高能效，旨
在向资源高效、低碳排放的经济过渡，实现经济可持续增长。2013 年获得欧盟
第七框架计划资助的 AREUS（Automation and Robotics for European Sustainable

Manufacturing）工程，由 13 个公司、大学和研究机构共同承担，目的在于通过
研究机器人设计、能源新架构、运动优化等技术降低机器人能耗，从而实现工厂
的高性能、可重构、自适应和可持续发展。美国“先进制造伙伴关系计划”（Advanced

Manufacturing Partnership）中，明确提出要提高制造业能源利用率，研发创新型
节能制造工艺流程，同时为下一代机器人技术进行投资。德国政府通过的《思想·创
新·增长——德国 2020 高技术战略》将气候 / 能源问题作为其研究焦点之一，
重点发展生态工业，开发新型节能设备和节能工艺。中国同样制定了与绿色制造

相关的战略和计划：“中国制造 2025”要求提高制造业资源利用效率，加大先
进节能环保技术、工艺和装备的研发力度，加快制造业绿色改造升级。同样，《智
能制造科技发展“十二五”专项规划》和《“十三五”节能减排综合工作方案》

都明确提出要加强工业节能，用更节能、更环保的先进装备和智能优化技术，从
根本上解决中国生产制造过程的节能减排问题。

一、硬件方法：低能耗设计及相关技术

利用硬件方法对工业机器人进行能耗优化主要集中在机器人设计和制造阶

段。通过对工业机器人硬件的研究，已提出多种方法对工业机器人进行能耗优化，
主要分为低能耗设计（轻量化设计、高效驱动系统设计）、能量储存和共享装置
及低功耗机器人选择。

125