10 Herausforderungen und Lösungen für Robotergelenkmodule in Leichtbau- und Spezialrobotern

Die Entwicklung der Robotik geht über herkömmliche Industrieroboterarchitekturen hinaus. Humanoide Roboter, kollaborative Roboter, leichte Roboterarme, medizinische Roboter, mobile Manipulatoren und Spezialrobotersysteme stellen immer höhere Anforderungen an Robotergelenke.

Bei diesen Anwendungen ist die Auswahl eines Robotergelenkmoduls nicht allein eine Frage des Vergleichs von Nenndrehmoment oder Untersetzungsverhältnis. Ingenieure müssen berücksichtigen, wie sich das Gelenk auf den gesamten Roboter auswirkt, einschließlich Gesamtgewicht, mechanischer Struktur, dynamischem Verhalten, Kabelführung, Sensorik, Steuerung, Sicherheit und Platzbedarf.

Ein leichtes Roboterhandgelenk erfordert möglicherweise extrem geringe Masse und Trägheit, während ein Schultergelenk ein hohes Drehmoment und eine hohe Steifigkeit benötigt. Ein kraftgesteuerter Roboter benötigt unter Umständen eine integrierte Drehmomentmessung, während ein vertikales Gelenk eine Bremse benötigt. Ein Spezialroboterarm kann eine einzigartige mechanische Struktur aufweisen, die eine flexible Montage und interne Kabelführung erfordert.

Diese Anforderungen können die Integration herkömmlicher Motor-Getriebe-Kombinationen erschweren.

Die Herausforderung besteht daher nicht einfach darin, einen Motor oder ein Harmonic-Reducer-Getriebe mit geeigneten Spezifikationen zu finden. Die eigentliche Herausforderung liegt darin, eine Robotergelenkarchitektur zu entwickeln, die die mechanischen, sensorischen, steuerungstechnischen und integrationstechnischen Anforderungen des gesamten Robotersystems erfüllt.

Dieser Artikel behandelt zehn häufige Herausforderungen bei Robotergelenkmodulen und die technischen Lösungen, die Entwicklern helfen können, leichtere, kompaktere, präzisere und anwendungsspezifische Roboter zu bauen.

1. Wie können Robotergelenke leichter gemacht werden, ohne dabei an Drehmoment einzubüßen?

Das Gewicht ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Konstruktion von Leichtbaurobotern. Dies gilt insbesondere für humanoide Roboter, kollaborative Roboter, leichte Roboterarme und mobile Manipulatoren.

Die Auswirkungen des Gelenkgewichts reichen weit über das Gelenk selbst hinaus. Wenn ein Handgelenk schwerer wird, muss der Ellbogen mehr Drehmoment aufbringen, um es zu bewegen. Die erhöhte Belastung des Ellbogens kann sich dann auf die Schulter auswirken. Folglich kann bereits eine geringe Zunahme des Gelenkgewichts eine deutliche Erhöhung des erforderlichen Drehmoments der vorgelagerten Gelenke des Roboters bewirken.

Deshalb sollte das Gelenkgewicht auf Systemebene und nicht nur als Spezifikation einer einzelnen Komponente betrachtet werden.

Gleichzeitig darf eine Gewichtsreduzierung nicht zu Lasten von Drehmoment, Steifigkeit, Präzision oder Zuverlässigkeit gehen. Die Wahl eines kleineren Motors mag zwar das Gewicht verringern, kann aber auch die Tragfähigkeit und die dynamische Leistungsfähigkeit des Roboters beeinträchtigen.

Lösung: Verbesserung der Gelenkintegration und Drehmomentdichte

Ein herkömmliches Robotergelenk benötigt unter Umständen einen Motor, ein Harmonic-Drive-Getriebe, einen Encoder, einen Antrieb, eine Bremse, einen Sensor, einen Stecker und eine tragende mechanische Struktur. Werden diese Komponenten separat konstruiert, können die zusätzlichen Gehäuse, Halterungen, Kupplungen und Schnittstellen sowohl das Gewicht als auch den Platzbedarf erhöhen.

Ein integriertes Robotergelenkmodul verfolgt einen anderen Ansatz, indem es Schlüsselfunktionen in einer einzigen optimierten Baugruppe vereint. Dadurch lassen sich unnötige mechanische Schnittstellen reduzieren und gleichzeitig die effektive Drehmomentdichte des Gelenks erhöhen.

Bei leichten Robotersystemen kann dieser Ansatz effektiver sein als die einfache Verkleinerung einzelner Komponenten.

Das TCHL Harmonic Joint Module wurde für Anwendungen entwickelt, bei denen geringes Gewicht und kompakte Abmessungen wichtig sind. Seine integrierte Architektur vereint harmonische Kraftübertragung, Motor, Rückkopplung und weitere Funktionselemente in einer kompakten Gelenkstruktur und hilft Ingenieuren so, die mechanische Belastung des restlichen Roboters zu reduzieren.

2. Wie lassen sich mehr Funktionen in einen begrenzten Gelenkraum integrieren?

Moderne Robotergelenke müssen zunehmend mehrere Funktionen auf engstem Raum erfüllen. Neben der Bewegungserzeugung benötigen sie unter Umständen Positionsrückmeldung, Drehmomentmessung, Ansteuerelektronik, Kommunikationsschnittstellen, Bremsen und elektrische Anschlüsse.

Dies stellt insbesondere bei humanoiden Handgelenken, kompakten Roboterarmen, hochpräzisen Robotersystemen, medizinischen Robotern und anderen Spezialmaschinen eine Herausforderung dar. Der verfügbare Einbauraum kann bereits durch Strukturbauteile, Lager, Kabel, Sensoren oder andere Mechanismen belegt sein.

Durch das Hinzufügen jeder Funktion als unabhängige Komponente kann der Durchmesser oder die axiale Länge der Verbindung vergrößert werden. Außerdem können dadurch mehr mechanische und elektrische Schnittstellen entstehen, die konstruiert und getestet werden müssen.

Lösung: Das Gelenk als ein vollständiges funktionales Teilsystem betrachten.

Anstatt Motor, Getriebe, Encoder, Antrieb und Sensorsystem unabhängig voneinander zu konstruieren, können die Ingenieure das gesamte Gelenk als funktionales Teilsystem betrachten.

Dies ermöglicht die gleichzeitige Berücksichtigung mehrerer Funktionen bei der mechanischen und elektrischen Konstruktion. Ziel ist nicht einfach die Verkleinerung einzelner Komponenten, sondern die Reduzierung des Gesamtplatzbedarfs des Gelenks bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der vom Roboter geforderten Leistung.

Dieser Ansatz kann auch die Entwicklungskomplexität reduzieren. Roboterhersteller können ihre Entwicklungsressourcen stärker auf ihre eigenen wettbewerbsfähigen Technologien konzentrieren, wie z. B. Robotermechanik, Bewegungsplanung, Wahrnehmung, KI, Endeffektoren und Anwendungssoftware.

Für ein Unternehmen, das eine neue Roboterplattform entwickelt, kann ein integriertes Gelenk daher eine technische Abkürzung darstellen, ohne dass dies zu Kompromissen bei der Funktionalität führt.

3. Wie lässt sich eine interne Kabelführung in Kompaktrobotern realisieren?

Mit zunehmender Miniaturisierung und Gelenkigkeit der Robotersysteme wird das Kabelmanagement immer schwieriger.

Ein mehrachsiger Roboter benötigt möglicherweise Stromkabel, Encoderleitungen, Kommunikationsleitungen, Sensoranschlüsse und pneumatische Schläuche. Werden diese Kabel extern verlegt, können sie die Gelenkbewegung beeinträchtigen, die Größe der mechanischen Struktur vergrößern und zusätzlichen Wartungsaufwand verursachen.

Das Problem gewinnt bei humanoiden Robotern und Spezialroboterarmen noch an Bedeutung, da sich die Gelenke über einen großen Bereich drehen müssen, während gleichzeitig eine saubere und kompakte mechanische Struktur erhalten bleiben soll.

Lösung: Verwendung einer Hohlwellengelenk-Architektur

Ein Hohlwellen-Robotergelenk bietet internen Raum für Kabel, Schläuche und andere funktionelle Verbindungen. Anstatt diese Komponenten außen am Gelenk entlangzuführen, können Ingenieure sie in die mechanische Architektur integrieren.

Dies vereinfacht die umgebende Roboterstruktur und reduziert die Kabelexposition. Zudem hilft es Ingenieuren, sauberere Kabelführungswege zwischen benachbarten Gelenken zu schaffen.

Bei kompakten Roboterhandgelenken, medizinischen Manipulatoren, leichten Roboterarmen und spezialisierten Automatisierungsanlagen kann die Hohlwellenarchitektur daher ein wichtiges Konstruktionskriterium bei der Auswahl eines Gelenkmoduls sein.

Die entscheidende Frage ist nicht nur, ob der Aktor das erforderliche Drehmoment erzeugen kann. Ingenieure sollten sich auch fragen, ob sich das Gelenk ohne zusätzliche Probleme bei der Kabelführung physisch in den Roboter integrieren lässt.

4. Wie können Roboter eine genaue Drehmomentrückmeldung erhalten?

Positionsrückmeldung ist für viele herkömmliche Bewegungssteuerungsanwendungen ausreichend. Roboter müssen jedoch zunehmend physisch mit ihrer Umgebung interagieren.

Ein Roboter, der Präzisionseinsätze durchführt, muss den Kontakt erkennen. Ein Polierroboter muss die Kontaktkraft steuern. Ein kollaborativer Roboter muss möglicherweise unerwartete äußere Belastungen erkennen. Ein Roboter mit hoher Fingerfertigkeit muss möglicherweise die auf ein Objekt wirkende Kraft regulieren.

Bei diesen Anwendungen reicht die Kenntnis der Gelenkposition nicht aus. Das Steuerungssystem benötigt zusätzlich Informationen über das am Gelenk erzeugte Drehmoment.

Lösung: Drehmomentsensorik in das Gelenk integrieren

Ein integrierter Drehmomentsensor kann Informationen über den tatsächlichen Belastungszustand des Gelenks liefern und eine geschlossene Kraft- und Positionsregelung unterstützen.

Dies kann wertvoll sein für kraftgesteuerte Montage, Kollisionserkennung, Kontakterkennung, Nachgiebigkeitskontrolle, Schleifen, Polieren und die Mensch-Roboter-Interaktion.

Die Integration eines Drehmomentsensors als unabhängige externe Komponente kann jedoch eine weitere Herausforderung für die Konstruktion darstellen. Der Sensor selbst benötigt Platz, erhöht das Gewicht und führt zu zusätzlichen mechanischen und elektrischen Schnittstellen.

Hier erweist sich eine integrierte Lösung als besonders wertvoll.

Das TCHL Harmonic Joint Module integriert eine Kraft-/Drehmomentmessung an der Ausgangsseite in die Gelenkarchitektur. Bei kompakten Robotern, die sowohl geringes Gewicht als auch eine Kraftrückmeldung erfordern, kann dadurch die Notwendigkeit einer separaten, großen Sensoreinheit um das Gelenk herum entfallen.

Das Ergebnis ist nicht einfach nur eine zusätzliche Sensorik. Es ist ein kompakterer Weg hin zu einer kraftbewussten Roboterbewegung.

5. Wie kann eine Drehmomentmessung hinzugefügt werden, ohne die Gelenkgröße wesentlich zu vergrößern?

Die Drehmomentmessung kann die Interaktion mit Robotern verbessern, birgt aber auch das Risiko eines schwierigen Zielkonflikts zwischen Sensorik und mechanischer Kompaktheit.

Ein separater Drehmomentsensor kann zusätzlichen Montageplatz zwischen dem Getriebe und der Ausgangsstruktur des Roboters erfordern. Er kann außerdem das Gewicht des Gelenks erhöhen und zusätzliche Steckverbinder und Kabel notwendig machen.

Bei großen Industrierobotern sind diese Faktoren möglicherweise beherrschbar. Bei einem leichten Handgelenk, einer humanoiden Hand oder einem kompakten Roboterarm können sie jedoch einen deutlich größeren Einfluss haben.

Lösung: Kombination von Getriebe- und Drehmomentmessung

Durch die Integration der Drehmomentmessung in die Gelenkarchitektur kann die Messfunktion Teil des Aktuators werden und muss nicht mehr auf einer separaten externen Komponente beruhen.

Dies ist besonders nützlich, wenn der Roboter eine Kombination aus geringem Gewicht, kompakten Abmessungen und Kraftrückkopplung benötigt.

Das TCHL Harmonic Joint Module ist ein Beispiel für diesen Ansatz. Durch die Kombination von harmonischer Kraftübertragung mit integrierter Drehmomentmessung ermöglicht es Ingenieuren, Betätigung, Kraftübertragung und Kraftrückkopplung als eine einzige Lösung auf Gelenkebene zu betrachten.

Dies kann insbesondere für leichte humanoide Roboter, kollaborative Roboter, medizinische Manipulatoren und Spezialroboterarme von großem Wert sein, bei denen das Hinzufügen einer weiteren Komponente die ursprüngliche mechanische Konstruktion beeinträchtigen könnte.

6. Sollten alle Gelenke eines Roboters denselben Aktor verwenden?

Die Verwendung derselben Aktuatorkonfiguration für einen gesamten Roboter kann die Beschaffung und die mechanische Entwicklung vereinfachen. Sie führt jedoch nicht zwangsläufig zum leistungsstärksten Roboter.

Verschiedene Gelenke erfüllen unterschiedliche Funktionen.

Ein Schultergelenk erfordert möglicherweise ein hohes Drehmoment und eine hohe Steifigkeit. Ein Ellbogengelenk benötigt unter Umständen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Drehmoment und dynamischer Reaktion. Bei einem Handgelenk sind geringes Gewicht und geringe Trägheit von Bedeutung. Ein vertikales Gelenk benötigt möglicherweise eine Bremse, während ein kraftempfindliches Gelenk eine integrierte Drehmomentrückmeldung benötigt.

Der Versuch, für jedes Gelenk einen Aktor zu verwenden, kann daher zu unnötigen Kompromissen führen.

Lösung: Die Gelenkarchitektur an die Gelenkfunktion anpassen

Ein besserer Ansatz ist es, Verbindungen nach ihren tatsächlichen Betriebsanforderungen zu klassifizieren.

Bei hochbelasteten Verbindungen sollten Drehmomentkapazität, Steifigkeit, Wärmeleistung und Zuverlässigkeit Priorität haben. Leichtbauverbindungen sollten Masse, Trägheit, Kompaktheit und dynamisches Verhalten priorisieren. Präzisionsverbindungen erfordern eine genaue Kraftübertragung und hochwertige Rückmeldung. Kraftgesteuerte Verbindungen benötigen eine zuverlässige Drehmomentmessung und Regelungsintegration. Sicherheitskritische vertikale Verbindungen können Brems- und zusätzliche Schutzfunktionen erfordern.

Aus diesem Grund benötigen Roboterhersteller möglicherweise mehr als einen Typ von Gelenkmodul innerhalb derselben Roboterplattform.

Die Plattformen HPJM-PRO, TCHL und HAG von HONPINE können anhand verschiedener Kombinationen von Drehmoment-, Größen-, Gewichts-, Rückkopplungs-, Steuerungs- und Sicherheitsanforderungen bewertet werden, anstatt ein einzelnes Gelenk als universelle Lösung zu betrachten.

7. Wie können sich Spezialroboterarme an nicht standardmäßige Installationsanforderungen anpassen?

Nicht jedes Robotersystem folgt der mechanischen Architektur eines herkömmlichen sechsachsigen Industrieroboters.

Spezialroboterarme, medizinische Manipulatoren, Forschungsplattformen, humanoide Roboter und kundenspezifische Automatisierungsanlagen können sehr unterschiedliche mechanische Strukturen aufweisen. Der Aktor muss unter Umständen aus einer bestimmten Richtung montiert oder in ein ungewöhnlich geformtes Gelenk integriert werden.

Ein herkömmlicher Aktor mit nur einer Montageart kann Ingenieure dazu zwingen, zusätzliche Halterungen anzubringen oder die umgebende Struktur umzugestalten. Dies kann das Gewicht erhöhen, die Steifigkeit verringern, wertvollen Installationsraum beanspruchen und die Montage verkomplizieren.

Lösung: Wählen Sie ein Gelenk mit flexiblen mechanischen Schnittstellen.

Ein Robotergelenk sollte sich an die Roboterarchitektur anpassen, anstatt den Roboter zu zwingen, sich an den Aktor anzupassen.

Mehrere Montagekonfigurationen bieten mehr Freiheit bei der mechanischen Konstruktion. Dies ist besonders nützlich, wenn der Roboter nur über begrenzten Installationsraum oder eine unkonventionelle Gelenkstruktur verfügt.

Das TCHL Harmonic Joint Module unterstützt verschiedene Anschlusskonfigurationen und ermöglicht es Ingenieuren, den Aktor als Teil der gesamten mechanischen Struktur zu bewerten. Für Spezialroboter ist diese Flexibilität ebenso wichtig wie Drehmoment und Präzision, da sie den zusätzlichen mechanischen Aufwand im Bereich des Gelenks reduzieren kann.

8. Wie können Roboterhersteller die Komplexität der Gelenkintegration reduzieren?

Die Entwicklung eines Robotergelenks aus Einzelkomponenten erfordert erhebliche Ingenieursarbeit.

Der Motor muss auf das Harmonic-Reducer-Getriebe abgestimmt sein. Der Encoder muss in das Steuerungssystem integriert werden. Der Antrieb muss mit der Robotersteuerung kommunizieren. Kabel und Steckverbinder müssen durch die mechanische Struktur geführt werden. Bremsen und Sensoren benötigen gegebenenfalls separate Steuerungs- und Stromversorgungsschnittstellen.

Jede zusätzliche Komponente erzeugt eine weitere Schnittstelle.

Jede Schnittstelle muss getestet werden.

Für Unternehmen, die eine neue Roboterplattform entwickeln, kann dies erhebliche Entwicklungsressourcen in Anspruch nehmen, noch bevor die eigentliche Roboteranwendung validiert wurde.

Lösung: Verwendung eines integrierten Robotergelenkmoduls

Ein integriertes Gelenkmodul kombiniert mehrere Funktionen zu einem standardisierten Subsystem.

Dies kann die mechanische Integration, die elektrische Verkabelung, die Kommunikation, die Fehlersuche, die Wartung und die Systemvalidierung vereinfachen.

Noch wichtiger ist jedoch, dass es den Roboterherstellern ermöglicht, sich auf ihre eigenen Fachgebiete zu konzentrieren.

Ein Entwickler humanoider Roboter kann sich auf KI, Wahrnehmung, Bewegungsplanung und präzise Manipulation konzentrieren. Ein Unternehmen für industrielle Automatisierung kann sich auf den Produktionsprozess und die Maschinenarchitektur fokussieren. Ein Unternehmen für medizinische Robotik kann sich auf präzise Bewegungen und klinische Anforderungen konzentrieren.

Das Gelenkmodul wird so zu einer Schlüsseltechnologie und nicht zu einem weiteren Subsystem, das der Roboterhersteller von Grund auf neu entwickeln muss.

9. Wie kann ein Robotergelenk mit verschiedenen Steuerungsarchitekturen zusammenarbeiten?

Ein Robotergelenk ist keine unabhängige Komponente. Es ist Teil des gesamten Bewegungssteuerungssystems des Roboters.

Das Kommunikationsprotokoll, die Encoder-Rückmeldung, die Steuermodi, die digitalen Schnittstellen und die Sicherheitsfunktionen müssen alle mit der Robotersteuerung kompatibel sein.

Je nach Anwendung kann ein Roboter CAN, CANopen, EtherCAT, CAN-FD oder andere Kommunikationsarchitekturen nutzen. Die richtige Wahl hängt vom Steuerungssystem, den Synchronisierungsanforderungen und der Gesamtarchitektur des Roboters ab.

Lösung: Gemeinsames Bewerten des Gelenk- und Steuerungssystems

Vor der Auswahl eines gemeinsamen Moduls sollten die Ingenieure die erforderliche Steuerungsarchitektur definieren.

Wichtige Aspekte sind Kommunikationsprotokoll, Encoder-Rückmeldung, Positions- und Geschwindigkeitsregelung, Drehmomentregelung, Synchronisation, digitale Ein-/Ausgabe, Sicherheitsfunktionen und Controller-Kompatibilität.

Ein integriertes Robotergelenk mit geeigneter Kommunikations- und Rückkopplungsarchitektur kann die Entwicklung von Schnittstellen reduzieren und die Mehrachsensynchronisation vereinfachen.

Für Roboterhersteller kann dies besonders wichtig sein, wenn Dutzende von Gelenken zuverlässig mit der zentralen Steuerung kommunizieren müssen.

Ziel sollte nicht die Auswahl eines Gelenks mit möglichst vielen Kommunikationsmöglichkeiten sein. Vielmehr sollte das Gelenk die Schnittstellen und Steuerungsfunktionen bereitstellen, die der jeweilige Roboter benötigt.

10. Was sollten Ingenieure tun, wenn Standardmotoren und -getriebe die vollständigen Anforderungen nicht erfüllen können?

Viele Roboterentwicklungsprojekte erreichen irgendwann einen Punkt, an dem einzelne Komponenten zwar geeignet erscheinen, die Gesamtkombination aber nicht funktioniert.

Ein Motor liefert zwar ausreichend Drehmoment, benötigt aber zu viel Platz. Ein Harmonic-Reducer bietet zwar die erforderliche Präzision, benötigt aber zusätzliche Komponenten, um ein vollständiges Gelenk zu bilden. Ein separater Drehmomentsensor liefert zwar das notwendige Feedback, macht das Gelenk aber zu schwer. Ein Aktor passt zwar mechanisch, verfügt aber nicht über die vom Robotercontroller benötigte Kommunikationsarchitektur.

In diesen Fällen liegt das Problem nicht unbedingt in der Leistung einer einzelnen Komponente.

Das Problem besteht darin, dass die gesamte Aktuatorarchitektur nicht zum Roboter passt.

Lösung: Beginnen Sie mit der Anwendung, nicht mit dem Produktkatalog.

Bevor ein Robotergelenkmodul ausgewählt wird, sollten Ingenieure definieren, was das Gelenk tatsächlich leisten soll.

Drehmoment und Drehzahl bestimmen die grundlegenden Anforderungen an die Betätigung, während Gewicht und Einbaumaße darüber entscheiden, ob das Gelenk physisch in den Roboter passt. Genauigkeit und Steifigkeit beeinflussen die Bewegungsleistung, während Encoder- und Drehmomentrückmeldung festlegen, welche Informationen der Regler erfassen kann.

Die Kommunikationsarchitektur bestimmt die Integration des Gelenks in die Robotersteuerung. Montagekonfiguration und Hohlwellenkonstruktion beeinflussen die mechanische Integration und die Kabelführung. Brems- und Sicherheitsfunktionen gewinnen insbesondere bei vertikalen oder kollaborativen Anwendungen an Bedeutung.

Die Umgebungsbedingungen sollten ebenfalls berücksichtigt werden, insbesondere bei Robotern, die in anspruchsvollen industriellen Umgebungen oder in Spezialanwendungen eingesetzt werden.

Sobald diese Anforderungen definiert sind, kann die Verbindung auf Basis der gesamten Anwendung und nicht mehr nur anhand einer einzelnen Spezifikation wie beispielsweise dem Nenndrehmoment ausgewählt werden.

Ein praktischer Auswahlprozess für Robotergelenkmodule

Die Auswahl eines Robotergelenkmoduls sollte idealerweise bereits in der frühen Phase der mechanischen Architektur erfolgen.

Zuerst muss die tatsächliche Gelenkbelastung berechnet werden. Die statische Nutzlast allein reicht nicht aus. Beschleunigung, Verzögerung, Roboterposition, Trägheit, externe Kräfte, Notstopps und potenzielle Stoßbelastungen können das erforderliche Dauer- und Spitzendrehmoment beeinflussen.

Als Nächstes muss der verfügbare Einbauraum ermittelt werden. Maximaler Durchmesser, axiale Länge, Gelenkgewicht, Anforderungen an die Hohlwelle und Montagekonfiguration sollten vor dem Vergleich verschiedener Aktuatorlösungen festgelegt werden.

Anschließend sollten die Anforderungen an das Feedback festgelegt werden. Eine herkömmliche Positionierachse benötigt möglicherweise nur ein hochauflösendes Positionsfeedback, während ein Roboter, der physische Interaktionen durchführt, eine integrierte Drehmomentmessung erfordern kann.

Die Regelungsarchitektur sollte ebenfalls frühzeitig berücksichtigt werden. Kommunikationsprotokolle, Reglerkompatibilität, Encoder-Rückmeldung, Regelungsmodi und Sicherheitsfunktionen können die Eignung des Gelenks direkt beeinflussen.

Abschließend sollte das ausgewählte Gelenk auf Systemebene bewertet werden. Ein Gelenk, das in einem Datenblatt hervorragend aussieht, kann dennoch ungeeignet sein, wenn es das Gesamtgewicht des Roboters erhöht, die Kabelführung verkompliziert, den verfügbaren Platz verringert oder eine grundlegende mechanische Neukonstruktion erfordert.

Welche Roboteranwendungen profitieren am meisten von integrierten Gelenklösungen?

Integrierte Robotergelenkmodule sind besonders wertvoll, wenn mehrere technische Einschränkungen gleichzeitig vorliegen.

Humanoide Roboter

Humanoide Roboter erfordern eine anspruchsvolle Kombination aus geringem Gewicht, hoher Drehmomentdichte, kompakten Abmessungen, dynamischem Verhalten, präziser Rückmeldung und zunehmend komplexer physikalischer Interaktion. Unterschiedliche Gelenke können zudem sehr unterschiedliche Anforderungen stellen, weshalb eine flexible Gelenkplattform bei der Entwicklung der Roboterarchitektur von großer Bedeutung ist.

Leichte kollaborative Roboter

Kollaborative Roboter müssen Nutzlast, Gewicht, Sicherheit, Präzision und dynamisches Verhalten in Einklang bringen. Ein integriertes Gelenk kann die mechanische und elektrische Komplexität reduzieren und gleichzeitig die vom Steuerungssystem benötigten Feedback- und Kommunikationsfunktionen bereitstellen.

Spezialroboterarme

Spezialroboterarme weisen oft mechanische Strukturen auf, die sich deutlich von herkömmlichen Industrierobotern unterscheiden. Sie erfordern unter Umständen ungewöhnliche Montagekonfigurationen, interne Kabelführung, integrierte Drehmomentsensorik, kompakte Abmessungen oder kundenspezifische Schnittstellen.

Bei diesen Systemen können mechanische Flexibilität und Systemintegration wichtiger sein als die einfache Auswahl des Aktuators mit dem höchsten Drehmoment.

Medizin- und Präzisionsroboter

Medizinische Roboter und Präzisionsautomatisierungsanlagen erfordern häufig kompakte Abmessungen, reibungslose Bewegungen, präzise Rückmeldung und hohe mechanische Präzision. In diesen Anwendungen muss das Gelenk als Teil des gesamten Präzisionsbewegungssystems und nicht als isolierte Motor-Getriebe-Kombination betrachtet werden.

Industrielle Automatisierung und Spezialausrüstung

Die Technologie von Robotergelenken ist auch außerhalb traditioneller Roboterarme relevant. Halbleiteranlagen, optische Geräte, automatisierte Inspektionssysteme, Präzisionspositioniermechanismen und andere Spezialmaschinen erfordern möglicherweise kompakte Drehantriebe mit hoher Präzision, kontrollierter Bewegung und flexibler Integration.

Wie HONPINE Lösungen für Robotergelenke entwickelt?

Unterschiedliche Robotersysteme erfordern unterschiedliche Leistungskombinationen.

Ein leichtes Handgelenk benötigt nicht zwangsläufig denselben Aktor wie ein schweres Schultergelenk. Ein kraftgesteuertes Gelenk benötigt nicht zwangsläufig dieselbe Konfiguration wie eine herkömmliche Positionierachse. Ein vertikales Gelenk kann eine Bremse erfordern, während bei einem kompakten Roboter geringes Gewicht und interne Kabelführung Priorität haben können.

Aus diesem Grund geht HONPINE bei der Auswahl der Robotergelenke von der Anwendung aus, anstatt einfach einen Standardaktuator zu empfehlen.

Das TCHL Harmonic Joint Module eignet sich besonders dann, wenn bei dem Projekt großer Wert auf Leichtbauweise, kompakte Integration, flexible Montage, interne Kabelführung und integrierte Drehmomentmessung gelegt wird.

Für Anwendungen, die einen breiteren Drehmomentbereich, eine hohe Dynamik und eine hochintegrierte Konfiguration erfordern, bietet HPJM-PRO eine weitere Plattform zur Bewertung der erforderlichen Kombination aus harmonischer Kraftübertragung, Motor, Encoder, Antrieb und optionalen Sicherheitsfunktionen.

Für Industrieroboter, kollaborative Roboter, humanoide Roboter und Präzisionsautomatisierungsanlagen, die unterschiedliche Kombinationen von Drehmoment, Steifigkeit, Rückkopplung, Bremsung und Kommunikation erfordern, bietet die HAG-Serie eine weitere Option für die anwendungsspezifische Gelenkauswahl.

Ziel ist es nicht, das Produkt mit den höchsten Spezifikationen auszuwählen.

Ziel ist es, die Gelenkarchitektur zu finden, die am besten zum Roboter passt.

Von Robotergelenkkomponenten bis hin zu kompletten technischen Lösungen

Die Robotergelenktechnologie geht über die traditionelle Kombination aus Motor und Getriebe hinaus.

Moderne Robotersysteme erfordern zunehmend, dass das Gelenk Aktuator-, Übertragungs-, Rückkopplungs-, Sensor-, Steuerungs-, Kommunikations-, Kabelmanagement- und Sicherheitsfunktionen in einer kompakten mechanischen Struktur integriert.

Dieser Trend ist besonders wichtig für humanoide Roboter, leichte Roboterarme, kollaborative Roboter, medizinische Roboter, Spezialmanipulatoren und kompakte Automatisierungssysteme.

Für diese Anwendungen sollten Ingenieure nicht nur Folgendes fragen:

„Welches Robotergelenk hat das höchste Drehmoment?“

Eine bessere Frage wäre:

„Welche Robotergelenkarchitektur kann die Anforderungen an Mechanik, Sensorik, Steuerung und Integration unseres Roboters erfüllen?“

Dieser Perspektivwechsel kann die Gelenkauswahl effektiver gestalten. Er ermöglicht es Ingenieuren, den Aktor als Teil des gesamten Robotersystems zu bewerten und das Risiko teurer mechanischer Nachkonstruktionen im späteren Entwicklungsprozess zu reduzieren.

Suchen Sie das passende Robotergelenkmodul für Ihre Anwendung?

Jedes Robotersystem hat unterschiedliche technische Anforderungen.

Die Wahl des geeigneten Gelenks hängt vom Verhältnis zwischen Drehmoment, Geschwindigkeit, Gewicht, Größe, Steifigkeit, Genauigkeit, Sensorik, Kommunikation, Installation, Sicherheit und Betriebsumgebung ab.

HONPINE bietet verschiedene Plattformen für harmonische Robotergelenke an und kann diese Anforderungen bei der Auswahl einer geeigneten Lösung gemeinsam bewerten.

Für leichte und kompakte Robotersysteme, die eine integrierte Drehmomentmessung, flexible Installation und interne Kabelführung erfordern, kann TCHL als kompakte Lösung für harmonische Gelenke in Betracht gezogen werden.

Für Anwendungen, die eine höhere Leistung und einen breiteren Drehmomentbereich erfordern, bietet HPJM-PRO eine weitere integrierte Robotergelenkplattform.

Für Industrieroboter, kollaborative Roboter, humanoide Roboter und Präzisionsautomatisierungsanwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Drehmoment, Steifigkeit, Rückkopplung und Sicherheit kann HAG auch als Teil der gesamten Gelenkarchitektur bewertet werden.

Entscheidend ist, das Gelenk entsprechend den Anforderungen des Roboters auszuwählen, anstatt den Roboteraufbau an einen Standardaktuator anzupassen.

Das richtige Robotergelenkmodul ist nicht einfach nur eine Komponente mit höchsten Spezifikationen. Es ist eine Lösung, die zum gesamten Roboter passt.