Abenics

Ein Roboter-Gelenk in drei Freiheitsgraden

Zahnkugel
Sieht aus wie so eine Kugel für die Waschmaschine um Handtücher weich zu machen ohne Weichspüler, ist aber ein 3D-Zahnrad - ein Zahnball sozusagen.

Eine gängige CAD-Anwendung besteht darin, eine 2D-Form zu nehmen und sie in eine 3D-Form zu extrudieren. Aber was passiert, wenn man ein Zahnrad nimmt und es entlang einer Kugel repliziert und es dann dreht und es noch einmal macht?

Wenn man sich einen Roboterarm vorstellt, denkt man wahrscheinlich an einen Mechanismus mit mehreren Bewegungsachsen, die jeweils von einem einzigen Motor und einem Getriebe angetrieben werden. Für die meisten Anwendungen ist dies gut geeignet, aber bei beengten Platzverhältnissen kann die zusätzliche Masse hinderlich sein. Um einen weiteren Freiheitsgrad hinzuzufügen, muss der Arm noch weiter verlängert und mit weiteren Motoren ausgestattet werden.


Ein kugelförmiges Gelenk?

Man stelle sich einen Mechanismus vor, der eher wie ein Schultergelenk als ein Ellbogen funktioniert, bei dem sich das Ausgangsglied in mehreren Achsen auf viel kleinerem Raum drehen kann. Obwohl die Festigkeit eines solchen Gelenks geringer sein kann als die eines herkömmlichen einachsigen Gelenks, macht die Freiheit, die dieses neuartige Design bietet, dies mehr als wett.

Roboter können den Abenics Active Ball Joint Mechanism in Situationen eingesetzt werden, die komplexe und präzise Bewegungen auf kleinem Raum erfordern, wie z. B. in der Lebensmittelindustrie oder in der Fertigung.

Fast die gesamte "Magie" steckt in dem speziell entworfenen kugelförmigen Zahnrad. Auch wenn es sehr kompliziert aussieht, lässt sich das Getriebe am besten als ein Paar von 2D-Zahnrädern beschreiben, die um die X- und Y-Achse gedreht wurden und somit das Aussehen eines Golfballs haben. Dadurch kann das zentrale Zahnrad entlang der beiden Achsen des Antriebsrads geneigt, gerollt und verschoben werden. Das Ausgangsglied ist an einem einzigen Pol am Ende des Zahnrads befestigt.

Was nützt ein Kugelgelenk ohne eine Möglichkeit, es zu bewegen? Die Antriebszahnräder haben die gleiche Form wie das Hauptzahnrad, nur dass sie sich nur um ein einziges drehen und sich in zwei Achsen bewegen können: Neigen und Rollen. Um dies zu erreichen, hat das Projektteam ein Lager durch das Zahnrad gesetzt und ein Differentialritzel hinzugefügt, um das Ende nach oben und unten zu neigen. Dahinter befindet sich ein Gestänge, das das gesamte Ende in Drehung versetzt, wenn das hintere Schrägstirnrad gedreht wird.

Zusammenbau und Betrieb

Wie das Team diesen Mechanismus entworfen, gebaut und betrieben hat, können Sie hier nachlesen. Das Paper beschäftigt sich auch eingehend mit den mathematischen Grundlagen.

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Ein aktiver Kugelgelenkmechanismus, der durch das Zusammenspiel von Kugelzahnrädern verbessert wird. Das zahnradbasierte Gelenk treibt drei Rotationsfreiheitsgrade ohne Schlupf an.
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Ein Durchbruch für mobile Robotik und humanoide Plattformen, wo kompakte, vielseitige Gelenke benötigt werden
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Wenn sie zu einer in sich geschlossenen Einheit zusammengebaut werden, ermöglichen diese neuartigen Getriebekonstruktionen eine bisher nicht mögliche motorische Bewegung in einem kugelgelenkartigen Formfaktor.

Bernhard Richter verantwortlicher Redakteur keNEXT

Der Autor Bernhard Richter ist verantwortlicher Redakteur für die keNEXT. Er beschreibt sich selbst als besserwisserischer olivgrün angehauchten Nerd-Metaller mit einem Hang zu allem Technischen, Faszinierendem, Absurden. Das ganze gepaart mit einem deftigen Schuss schwarzem Humor. Der studierte Magister Anglistik, Geschichte und Ethnologie hat mittlerweile schon einige Jahre (Fach-) Journalismus auf dem Buckel, kennt aber auch – dank Ausflug in die PR – die dunkle Seite der Macht.

Privat findet man ihn oft in Feld und Flur – aber auch auf dem Motorrad, in der heimischen Werkstatt Wolfsburger Altmetall restaurieren oder ganz banal (mit Katze auf dem Schoß) vorm Rechner, zocken.

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