An Analysis on Power Consumption in Industrial Robots: Influence of Losses and a Proof of Concept for a New Measurement Method
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
En Analys av Strömförbrukningen i Industrirobotar : Inverkan av Förluster och ett Proof of Concept för en Ny Mätmetod (Swedish)
Abstract [en]
Industrial robots are widely used in manufacturing, contributing to approximately 8% of the to- tal energy consumed in production processes. The energy consumption is linked not only to costs but also to emissions, which companies are striving to reduce in order to achieve sustainability goals and comply with regulations. This research aims to optimize the efficiency of industrial robots and enhance sustainability in the manufacturing sector by increasing knowledge on loss generation across different applications and by analyzing the current standard for power con- sumption measurement, which appears inadequate for providing insights into real-world usage. After analyzing the components that constitute an industrial robot, this thesis develops and validates a model to simulate the robot’s power consumption, with a particular focus on energy losses. Real application cycles are simulated, and an axis-wise loss distribution is presented to examine the differences among cycles and the impact of the various components on overall con- sumption. The analysis also attempts to provide insights and suggest possible improvements to the current method used by manufacturers to measure power consumption based on the ISO 9283:1998 cycle. The developed model demonstrates an accuracy of 90.3%, and its limitation and areas of improvements are discussed. Furthermore, insights from the application simulations indicate that the ISO cycle is not valid, a finding also confirmed through validation. A better- performing trajectory and method for power measurement are presented, serving as a foundation for the development of a new standard.
Abstract [sv]
Industrirobotar används i stor utsträckning inom tillverkningsindustrin och bidrar till cirka 8% av den totala energiförbrukningen i produktionsprocesser. Energiförbrukningen är inte bara kopplad till kostnader utan också till utsläpp, som företag strävar efter att minska för att uppnå hållbar- hetsmål och följa regler. Denna forskning syftar till att optimera effektiviteten hos industrirobotar och förbättra hållbarheten inom tillverkningssektorn genom att öka kunskapen om förlustgene- rering i olika applikationer och genom att analysera den nuvarande standarden för mätning av energiförbrukning, som verkar otillräcklig för att ge insikter i verklig användning. Efter att ha analyserat de komponenter som utgör en industrirobot utvecklar och validerar denna rappor- ten en modell för att simulera robotens energiförbrukning, med särskilt fokus på energiförluster. Verkliga applikationscykler simuleras och en axelvis förlustfördelning presenteras för att undersö- ka skillnaderna mellan cykler och de olika komponenternas inverkan på den totala förbrukningen. Analysen försöker också ge insikter och föreslå möjliga förbättringar av den nuvarande metoden som används av tillverkare för att mäta energiförbrukning baserat på ISO 9283:1998-cykeln. Den utvecklade modellen uppvisar en noggrannhet på 90,3% och dess begränsningar och förbättrings- områden diskuteras. Dessutom visar insikter från applikationssimuleringarna att ISO-cykeln inte är giltig, ett resultat som också bekräftas genom validering. En bättre fungerande bana och metod för effektmätning presenteras och utgör grunden för utvecklingen av en ny standard.
Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 71
Series
TRITA-EECS-EX ; 2024:755
Keywords [en]
Industrial robot, Loss analysis, Power consumption, Power measurement, Axis-wise consumption, Electrical losses, Robot efficiency, Industrial robot model
Keywords [sv]
Industrirobot, Förlustanalys, Effektförbrukning, Effektmätning, Axelvis förbrukning, Elektriska förluster, Roboteffektivitet, Industrirobotmodell
National Category
Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-360140OAI: oai:DiVA.org:kth-360140DiVA, id: diva2:1938522
External cooperation
ABB Robotics
Supervisors
Examiners
2025-02-202025-02-182025-02-20Bibliographically approved