Energiankulutuksen vastuullisuus robotiikassa: teknologian optimointi kestävän tulevaisuuden puolesta

Robotiikan nopea kehitys on tuonut mukanaan lukuisia etuja teollisuudelle ja yhteiskunnalle laajemminkin. Robotiikka voi lisätä tuottavuutta, parantaa tuotteiden laatua ja turvallisuutta sekä vapauttaa ihmisiä vaarallisista ja toistuvista tehtävistä. Kuitenkin yksi robotiikan haittapuoli on sen energiankulutus, mikä voi aiheuttaa ympäristöön kohdistuvia haasteita ja lisätä energiakustannuksia. Alla tarkastellaan lähestymistapoja energiankulutuksen vastuulliseen hallintaan robotiikassa.

1. Optimointi toimilaitevalinnoilla: Useissa teollisissa sovelluksissa, kuten pneumaattisissa robotiikkajärjestelmissä, paineilmaa käytetään voiman ja liikkeen tuottamiseen. Paineilman tuottamisen energiatehokkuutta voidaan parantaa esimerkiksi valitsemalla energiatehokkaampia kompressoreita.
   Myös toimilaitevalinnoilla voidaan vähentää energiankulutusta. Toimilaitteiden, kuten sylinterien ylimitoitusta kannattaa välttää, koska suurempi toimilaite kuluttaa enemmän paineilmaa. Jos esimerkiksi korvataan 12 mm (työntö noin 6 kg) halkaisijalla oleva sylinteri 25 mm (työntö noin 25 kg) halkaisijalla olevalla, ilman kulutus kasvaa noin 80 %.
   Paineilmatoimilaitteita voidaan korvata myös sähköisillä toimilaitteilla, kuten esimerkiksi servotarttujilla tai sähkösylintereillä.
   
   
2. Käyttöpaineen mahdollinen laskeminen: Käyttöpaineen alentaminen voi pienentää energiankulutusta, mutta todellisiin hyötyihin pääseminen vaatii muutoksia järjestelmätasolla, eikä yhden solun käyttöpainetta laskemalla päästä vielä merkittäviin tuloksiin. Esimerkiksi yhteiskäyttörobottien pihtitarttujia operoidaan pienemmällä käyttöpaineella. Teollisuusrobotille käyttöpaineet ovat tavallisesti 5,5…6 bar, kun yhteiskäyttörobotille, jossa on pihtitarttuja, noin 2,5 bar.
   
   
3. Robotin nopeuden ja kiihtyvyyksien optimointi: Robotin liikkeiden optimointi, kuten nopeuden säätö, voi merkittävästi vaikuttaa energiankulutukseen. Nopeuden säätäminen niin, että se on optimaalinen annetulle tehtävälle, voi vähentää turhaa energiankulutusta sekä lyhentää robotin odotusaikoja.
   Kiihtyvyyksien ja hidastuvuuksien optimointi voi vähentää voimankäyttöä ja siten energiankulutusta. Esimerkiksi AREUS-hankkeessa tehdyllä kiihtyvyyksien ja hidastuvuuksien optimoinnilla saavutettiin 20 % energiasäästö 110 asteen liikkeessä 1. akselilla.^[1]
   
   
4. Tiedonkeruu ja anturointi: Panostamalla tiedonkeruuseen ja anturointiin voidaan seurata robottisolun energiankulutusta lähes reaaliaikaisesti. Näiden tietojen avulla voidaan tunnistaa alueet, joilla voitaisiin tehostaa energiankäyttöä ja tehdä tarvittavia säätöjä solun toiminnassa.
   Esimerkiksi robottisolun paineilmajärjestelmästä voidaan kerätä tietoja anturoinnin avulla, jolloin saadaan tiedot kulutetusta ilmamäärästä sekä energiankulutuksesta. Robotista voidaan kerätä ohjelmakohtaisesti tietoa, millainen energiankulutus sillä on eri toimintatiloissa, kuten valmius- ja ajotila. Muista oheislaitteista on mahdollista kerätä tietoa esimerkiksi energiamittarin avulla, mikäli tiedonkeruu ei muuten ole mahdollista.
   
   
5. Yhteiskäyttörobotiikan mahdollistama robottien monikäyttöisyys: Yhteiskäyttörobotiikka, joka mahdollistaa ihmisten ja robottien turvallisen yhteistyön samassa työtilassa, edistää robotiikan monikäyttöisyyttä eri työtehtävissä. Tämä tarkoittaa, että yksi ja sama robotti voidaan käyttää useissa sovelluksissa, mikä on omiaan tehostamaan robotin hyötykäyttöä.

Energiankulutuksen vastuullisuus robotiikassa edellyttää kokonaisvaltaista lähestymistapaa, joka ottaa huomioon robotin suorituskyvyn ja energiatehokkuuden tasapainon. Lisäksi on tärkeää ottaa huomioon ympäristövaikutukset, kuten hiilijalanjälki, kun suunnitellaan ja valitaan robotiikkaratkaisuja.

Yhteenvetona voidaan todeta, että robotiikan energiankulutuksen vastuullinen hallinta edellyttää huolellista suunnittelua, optimointia, tiedonkeruuta ja seurantaa. Teknologian kehittyessä ja ympäristötietoisuuden kasvaessa on odotettavissa lisää innovaatioita ja parannuksia robotiikan energiatehokkuudessa. Tämä kehitys on keskeinen askel kohti kestävämpää tulevaisuutta, joka yhdistää robotiikan edut ja ympäristövastuun.

Artikkeli:

Jali Kauppinen
Kehityspäällikkö, ohjelmistot

[1] Pellicciari, Marcello & Avotins, Ansis & Bengtsson, Kristofer & Berselli, Giovanni & Bey, Niki & Lennartson, Bengt & Meike, Davis. (2015). AREUS – Innovative Hardware and Software for Sustainable Industrial Robotics. 10.1109/CoASE.2015.7294282.