工业机器人多源复合作业能耗动态特性及节能优化方法研究

With the rapid increase in the number of industrial robots in the manufacturing industry, the problem of energy consumption has become a problem that cannot be ignored. However, the energy consumption of the industrial robot in operation is very large, which shows the dynamic and changeable energy consumption feature, and this increases difficulty in energy conservation. This paper firstly analyses the mechanism of the industrial robot multi-compound energy consumption, energy consumption of industrial robots reveal complex the energy source. Based on the method of system modeling, the operation energy consumption model of the industrial robot is constructed to describe the comprehensive and systematic character of the industrial robot in operation. Based on the model, an industrial robot energy optimization tasks planning method is proposed, which optimizes the operation energy of the industrial robot in the motion planning layer and multi-task planning layer, respectively. On the basis of theoretical research, an energy-saving industrial robot planning system is development to verify the energy consumption model and optimization method. The research results can provide the basic theory and method to support the energy saving operation of industrial robots in manufacturing system.

随着工业机器人在制造业中的数量急剧增加，降低其作业能耗成为我国制造业在节能减排形式下面临的重要挑战。而如何对工业机器人多源复合作业能耗呈现出动态特性进行建模和优化是当前迫切需要研究的理论问题。本课题首先对工业机器人多源复合作业能耗机理进行分析，揭示了工业机器人多源能耗的复杂能耗规律；并利用系统建模的方法，对工业机器人作业过程能耗动态特性进行建模，实现对工业机器人作业过程中动态能耗特性的全面系统地描述；在此基础上，提出基于能耗优化的工业机器人多任务作业规划方法，从运动规划层和多任务作业规划层，分别对工业机器人的作业能耗就行优化。在理论研究的基础上，开发工业机器人节能作业规划系统，并对提出的能耗模型和优化方法进行验证，形成一套工业机器人多源复合作业能耗动态特性建模和节能优化的理论和实验方法。本课题的研究成果可为工业机器人在制造系统中的节能运行提供基础理论和方法的支持。

工业机器人在制造业中的应用量大面广，能效较低，节能潜力巨大。如何降低工业机器人作业能耗成为我国制造业在节能减排形式下面临的重要问题。本项目在自然科学基金资助下，首先开展了对工业机器人多源复合作业能耗机理进行分析，揭示了工业机器人多源能耗的复杂能耗规律；并利用系统建模的方法，对工业机器人作业过程能耗动态特性进行建模，实现对工业机器人作业过程中动态能耗特性的全面系统地描述；在此基础上，提出基于能耗优化的工业机器人多任务作业规划方法，从运动规划层和多任务作业规划层，分别对工业机器人的作业能耗就行优化。在理论研究的基础上，开发工业机器人节能作业规划系统，并对提出的能耗模型和优化方法进行实验验证。实验结果证明本研究提出的能耗建模方法对机器人能耗预测偏差小于8%；通过优化工业机器人及末端执行器、轨迹及任务调度方案均能降低工业机器人能耗，能耗优化方法节能效果大于10%。本项目突破工业机器人多源复合作业能耗建模问题，形成一套工业机器人作业能耗预测和节能优化的理论和实验方法。项目在执行期内发表论文7篇，其中JCR一区SCI论文4篇，JCR二区SCI论文1篇，参加第14届设计制造前沿国际大会，并作口头报告；申请/授权发明专利4项；培养博士研究生1人，硕士研究生7人，完成项目指标。本课题的研究成果可为工业机器人在制造系统中的节能运行提供基础理论和方法的支持，并具有产业应用前景。.