Kompakte Präzisionsantriebe für humanoide Roboter

Humanoide Roboter müssen sicher stehen, dynamisch auf ihre Umgebung reagieren und unterschiedlichste Aufgaben präzise ausführen. Eine Schlüsselrolle spielen dabei die Getriebe in den Gelenken. Gefragt sind Antriebssysteme, die hohe Leistungsdichte, geringen Bauraumbedarf und intelligente Funktionen zur Erfassung von Getriebe-, Applikations- und Zustandsinformationen verbinden.

Spielfreie Wellgetriebe und Aktuatoren für humanoide Roboter
Die Wellgetriebe und Aktuatoren von Nabtesco eignen sich für verschiedene Gelenke humanoider Roboter, insbesondere für Schultern, Ellbogen, Hüfte und Beine. Unterschiedliche Integrationsstufen bieten Flexibilität bei der Auslegung und erlauben eine bedarfsgerechte Systemintegration. Die Antriebslösungen arbeiten spielfrei, bieten hohe Untersetzungen bei kompakter Bauform und zeichnen sich durch hohe Steifigkeit, geringe Übertragungsfehler und eine leichte Zunahme des treibenden Moments im rücktreibenden Betrieb aus. Das ermöglicht präzise und feinfühlige Bewegungen bei gleichzeitig geringer Verlustleistung, unterstützt das stabile Halten von Gelenkpositionen und reduziert den Regelaufwand.

Hohe Leistungsdichte auf engem Raum
Gerade in humanoiden Gelenken zählt jeder Millimeter Bauraum. Aktuatoren bündeln Wellgetriebe, Motor und weitere Komponenten in einer kompakten Einheit und erleichtern so Konstruktion und Integration. Hohlwellen erlauben zudem die platzsparende Führung von Kabeln und Komponenten. Für besonders kompakte Antriebskonzepte bietet Nabtesco Shortgetriebe, die gegenüber kurzbauenden Wellgetrieben gleicher Baugröße 20 % mehr Drehmoment und eine 40 % längere Lebensdauer erreichen.

Digitale Funktionen direkt im Getriebe
Das digitale Wellgetriebe erweitert die spielfreie Getriebetechnik um bauraumneutral integrierte Sensorik, Analytik und digitale Funktionen. Position, Drehmoment, Temperatur und Vibration lassen sich direkt im Antrieb erfassen; zusätzlich stehen Meta- und Analysedaten zur Verfügung. So kann der Roboter Belastungen und äußere Einflüsse besser berücksichtigen und seine Bewegungen situationsgerechter ausführen.

Perspektivisch ist die Einführung weiterer Funktionen vorgesehen: Gear Booster beispielsweise ermöglichen eine dynamische Anpassung der Belastungsgrenze, sodass das Getriebe bei Bedarf über seine Nennwerte hinaus betrieben werden kann. Mit Hilfe einer Anomaly Detection prüft das Getriebe anhand KI-basierter Modelle auf Anzeichen von Verschleiß oder Schäden und fasst die Ergebnisse in einem Zustandsindex zusammen. Und die sogenannte Overload Detection erkennt und protokolliert Belastungsereignisse, löst bei Überlastungen Alarme aus und wertet die Belastung statistisch aus.

Vorteile gegenüber Planetengetrieben
In humanoiden Robotern kommen häufig Planetengetriebe zum Einsatz. Sie sind in der Anschaffung meist günstiger, benötigen bei hohen Genauigkeitsanforderungen jedoch zusätzliche konstruktive oder regelungstechnische Maßnahmen. Wellgetriebe bieten Vorteile bei Präzision, Spielfreiheit, Regelungsaufwand, Energieeffizienz und Bauraum. Durch den geringeren Nachregelbedarf lässt sich Energie effizienter nutzen, was zu längeren Betriebszeiten beiträgt. Auch bei hohen Untersetzungen benötigen Wellgetriebe weniger Einbauraum, während Planetengetriebe dafür häufig mehrere Stufen erfordern.

Wirtschaftliche Skalierung für hohe Stückzahlen
Für Hersteller humanoider Roboter ist neben der technischen Performance auch die Serienfähigkeit entscheidend. Nabtesco verfügt über umfassende Entwicklungs- und Serienkompetenz aus der Automobilindustrie und unterstützt Hersteller bei Auslegung, Integration und Skalierung bis hin zu hohen Stückzahlen. Die IATF-zertifizierte Fertigung von Wellgetrieben in Deutschland steht für hohe Qualitätsstandards in der industriellen Serienfertigung.