Смена режима работы цифровых контроллеров может способствовать значительному снижению потребления питания в робототехнике

Исследователь из университета Страны Басков сообщил о том, что энергопотребление сочленений роботов может быть сокращено в пределах 40%, если изменить режим работы цифровых контроллеров. Исследование показало, что в силовых установках гибких сочленений возможна экономия энергии без потери в точности работы.

Роботы всё чаще используются в промышленности, поскольку они могут точно и надёжно выполнять повторяющиеся действия. Для управления двигателями сочленений используются цифровые контроллеры.

Преподаватель факультета электронных технологий в университете Страны Басков, Унай Угальде, проанализировал способы приведения в движение систем и роботов и показал в лабораторных условиях, что в некоторых случаях энергопотребление может быть снижено в пределах 40%. Научная работа была опубликована в журнале «Control Engineering Practice».

Представьте себе руку робота, раз за разом поднимающего чашку кофе. Сочленение такой роботизированной руки должно обладать определённой гибкостью и двигателем для осуществления восходящих и нисходящих движений. Для управления сочленением двигателю подаются определённые команды. «Двигателям постоянно должны поступать сигналы управления. В любой момент времени двигателю должно быть известно, на какой угол повёрнута его ось. Однако сегодняшние цифровые контроллеры подают команды лишь в определённые моменты времени (дискретно); команды следуют посредством импульсов: сначала команда, затем короткая пауза, следом ещё одна команда, ещё одна короткая пауза… и т.д.», – объясняет Унай. Исследователь предлагает новый подход, заключающийся в использовании пауз.

В электронной промышленности принят порядок, когда последняя команда остаётся в силе, пока не пришла следующая. Другими словами, пока не поступила новая управляющая команда, исполняется предыдущая. По мнению Угальде, такой порядок может быть изменён. Исследователи применили полиномиальную функцию с двумя аргументами (соответствующими двум последним командам) для восстановления процесса.

До сегодняшнего дня применялось так называемое восстановление нулевого порядка (zero-order reconstruction), когда во внимание принималась последняя данная команда до тех пор, пока не приходила новая. Однако, это не единственный возможный подход. Цель исследователей состояла в изучении и экспериментальной проверке преимуществ, которые могли быть получены при использовании сразу двух команд: последней и предпоследней. Специалисты применили восстановление дробного порядка (fractional-order reconstruction) – хорошо известный, но мало используемый метод.

Угальде обнаружил, что восстановление полиномиального или дробного порядка может применяться для гибких сочленений роботов. Действительно, лабораторные испытания показали значительное сокращение уровня энергии, необходимого для работы двигателей. По мнению исследователя, в идеальном случае снижение энергетических затрат может составить до 40% без потерь в точности работы при движении по заданной траектории.

Испытания проводились в лабораторных условиях на небольшом прототипе, то есть, можно считать, в идеальных условиях. «Следующим шагом будет проверка возможности достижения аналогичной экономии энергии в промышленных условиях. В любом случае, даже если будет достигнут меньший уровень экономии энергопотребления, то, исходя из цен на электричество, это станет серьёзным шагом вперёд», – отметил Угальде.