Robotergetriebe erklärt: Wellgetriebe, Zykloidgetriebe und Planetengetriebe

Ein Getriebe sitzt zwischen dem Motor und dem beweglichen Teil eines Gelenks. Es verwandelt viele schnelle, schwache Motorumdrehungen in eine langsame, kraftvolle Abtriebsdrehung. Die Wahl des Getriebes bestimmt, wie präzise, steif, robust und teuer ein Roboter ist.

Worauf es bei einem Getriebe ankommt

• Übersetzung: wie viele Motorumdrehungen eine Umdrehung am Abtrieb ergeben. Höhere Übersetzungen bringen mehr Drehmoment, aber weniger Geschwindigkeit.
• Spiel (Backlash): das kleine Spiel zwischen den Zahnflanken. Weniger Spiel bedeutet bessere Wiederholgenauigkeit.
• Steifigkeit: wie wenig sich das Gelenk unter Last verdreht.
• Rückdrehbarkeit: ob sich der Abtrieb von Hand oder durch einen Stoß drehen lässt.
• Größe, Gewicht und Kosten.

Wellgetriebe (Harmonic Drive)

Ein Wellgetriebe nutzt einen elliptischen Wellengenerator, um eine dünne, flexible Zahnbuchse (den Flexspline) in einem starren Hohlrad (dem Circular Spline) zu verformen. Weil der Flexspline etwas weniger Zähne hat, rückt er bei jeder Umdrehung des Wellengenerators nur um wenige Zähne weiter; so entsteht in einer einzigen kompakten Stufe eine hohe Übersetzung nahezu ohne Spiel.

Wellgetriebe sind in kollaborativen Armen und in den Armen von Humanoiden verbreitet, weil sie leicht, flach und präzise sind. Der Nachteil: Der Flexspline ist ein ermüdungsgefährdetes Bauteil, und das Gelenk ist im Vergleich zu Zykloidgetrieben nicht besonders steif.

Zykloidgetriebe

Ein Zykloidgetriebe arbeitet mit einer oder zwei Kurvenscheiben, die von einer Exzenterwelle angetrieben werden. Die Scheiben wälzen sich in einem Bolzenring ab, und ihre langsame Taumelbewegung wird über Abtriebsbolzen abgenommen. Sie vertragen große Lasten und Stöße gut, sind sehr steif und haben wenig Spiel; deshalb werden sie häufig in den Grund- und Schulterachsen großer Industrieroboter eingesetzt.

Planetengetriebe

Ein Planetensatz besteht aus einem zentralen Sonnenrad, mehreren Planetenrädern darum herum und einem äußeren Hohlrad. Er ist einfach, effizient, bei niedriger Übersetzung rückdrehbar und preiswert, was ihn in Laufrobotern, mobilen Robotern und Modellbau-Servos beliebt macht. Es gibt Präzisionsausführungen, doch bei gleicher Übersetzung haben sie meist mehr Spiel als Well- oder Zykloidgetriebe.

Welches Getriebe hat mein Roboter?

Die Hersteller geben das nicht immer an. Als Faustregel gilt: Cobots und Arme von Humanoiden nutzen meist Wellgetriebe, schwere Industriearme haben Zykloidgetriebe in den Hauptachsen, und Vierbeiner sowie Radroboter verwenden oft Planetengetriebe. Sehen Sie sich die Links zur Dokumentation des Roboters im Katalog und die Komponentenhersteller im Unternehmensverzeichnis an.

Sie kaufen einen gebrauchten Arm? Getriebeverschleiß zeigt sich durch Geräusche, Vibrationen oder nachlassende Wiederholgenauigkeit. Siehe Gebrauchte Roboter kaufen.