Schneckengetriebe verbessert Bewegungsfähigkeit von Roboterhänden

Getriebe in der Fingerkuppe

Durch ausgefeilte Getriebetechnik wird eine Roboterhand oder in Fortschreibung ein ganzer Humanoid möglich, der bei Bewegungsfähigkeit, Statik und Dynamik dem Menschen ähnelt. Hierzu wird das Gelenkmodul mechanisch verbessert.

Roboterhand: Mit hintereinander geschalteten Schneckengetrieben ist eine zum Patent angemeldete Entwicklung gelungen, die die Bewegungsfähigkeit von Roboterhänden verbessert. Hier eine zur Faust geballte Hand von außen. Ein Daumen und ein Finger ohne Mantelgehäuse und ohne eine Innengehäusehälfte. (Illustration: Maul)

Die Drehbewegung eines leistungsstarken Elektromotors in eine erheblich verstärkte Drehbewegung des Gelenks zu wandeln stellt sich als Grundaufgabe. Dies geschieht durch Anwendung zweier hintereinander geschalteter, hochuntersetzender Getriebe: einem Exzenter- und einem Schneckengetriebe. Das Schneckengetriebe ist maßgleich mit einem zweiten Schneckengetriebe mit halb so großer Untersetzung (eingängig und zweigängig), dadurch kann ein schnelleres und stärkeres Gelenkmodul maßgleich gebaut werden. Das Gelenkmodul ist äußerst kompakt und im Verhältnis zu anderen Modulen am Markt, die hauptsächlich in Roboterhänden angewendet werden, stärker.

Da der Drehpunkt seitlich neben der Motor-Getriebe-Achse liegt, baut das Gelenk kürzer und lässt sich ohne Störkante besser zusammenklappen. Das Gelenk wird dadurch beweglicher als vergleichbare mit Kegelradgetrieben. Außerdem entspricht diese Bewegung den Gelenken am Menschen-Körper, welche sich von der Strecklage in die fast zusammengefaltete Lage bewegen können.

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Die verwendeten Getriebe sind nicht filigran, sondern robust und relativ hoch belastbar. Es wird dafür ein zweigeteiltes Innengehäuse und ein zusätzliches Mantelgehäuse angeordnet. In den Zwischenräumen zwischen Innengehäuse und Mantelgehäuse werden die Kabel zum Motor geführt. Durch die konstruktive Gestaltung, das Innengehäuse mit schraubbaren Seitenwangen, ist es möglich, das Gelenkmodul in Ketten aneinanderzubauen und damit äußerst bewegliche Greifer-Gelenkketten mit bis zu vier Gliedern (Kabel schränken die Gliederzahl ein) hintereinander anzuordnen. Die Montage des Gelenkmoduls mit seitlich anzuschraubenden, ineinander verschachtelten Mantelgehäusehälften ist schnell und einfach durchzuführen.

Das Problem der Kabelführung bei mehreren Gelenken ist elegant, montagefreundlich und funktionssicher gelöst. Das Mantelgehäuse hat Viertelkreisfahnen an den Seiten, die die Kabel abdecken und vor Quetschen sichern. Durch die Modulbauweise ist zum Beispiel eine Roboterhand, in der alle Glieder mit dem gleichen Grundmodul gestalten ist, möglich. Diese ist in allen Gelenken elektromotorisch steuerbar. Integriert in das Gelenkmodul ist ein leistungsstarker Elektromotor mit Encoder. Damit ist das Modul in sehr kleinen Mikroschritten zu bewegen. Das Gelenkmodul lässt sich zu einer Roboterhand, die vollständig aus gleichen Gelenkmodulen aufgebaut ist, kombinieren. Die Finger bestehen aus vier Modulen und können damit genau wie die Finger einer menschlichen Hand bewegt werden. Das Modul an der Fingerkuppe erhält das zweigängige Schneckengetriebe. Dadurch wird es schneller und die Hand beweglicher.

Sinnvoll ist es, der Roboterhand zwei Daumen zu geben. Dies macht sie leistungsfähiger als eine Menschenhand. Weiterhin werden die linke und die rechte Hand gleich. Die beiden Daumen können ebenfalls aus jeweils drei gleichen Gelenkmodulen kombiniert werden. Dazu werden je ein Modul unterhalb der Finger in der Handfläche angebracht. Diese schwenken die Daumen seitlich.

Es ist möglich, taktile Drucksensoren auf allen Finger-Innenflächen und auf der Handfläche anzubringen. Erste Prüfungen auf der Suche nach Anwendungen des Gelenkmoduls ergeben Roboterhände, -Arme oder Humanoid. Aber auch in der Automation und Handhabungstechnik, in der Montagetechnik und in der Medizintechnik sind Anwendungen besonders als Gelenkketten denkbar.    Hans-Erich Maul/bw

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