Fließende Bewegung

Antriebstechnik

Kleinantriebe – Humanoide Roboter sollen die weichen Bewegungsabläufe von Menschen simulieren. Als künstliche Muskeln dienen dabei Hochleistungs-Kleinantriebe, die sich im Internet individuell konfigurieren lassen.

19. März 2014

Ein internationaler Techniktrend ist die Entwicklung von humanoiden Robotern, die zum Beispiel auf Messen herumgehen, dabei den Menschen ausweichen oder ihnen die Hände schütteln. Beispiele für solche experimentellen Lösungen sind das Modell Asimo von Honda oder das Robotermädchen HRP-4 C des japanischen Robotikspezialisten Kawada. Aber auch in Europa arbeiten Forscher an humanoiden Robotern. Zum Beispiel entwickelt das französische Unternehmen The Robot Studio in dem Projekt Eccerobot einen neuartigen Roboter, der nicht nur wie ein Mensch aussehen, sondern sich auch entsprechend bewegen soll. In der Regel folgen solche Konstruktionen dem Konzept von Industrierobotern, bei denen Hände, Arme und Beine aus steifen, metallischen Werkstoffen von Elektromotoren bewegt werden. Im Projekt Eccerobot entsteht dagegen ein so genannter anthropomimetischer Roboter, dessen Körperbau dank künstlicher Knochen, Muskeln und Sehnen dem des Menschen verblüffend ähnelt. Dabei enthält der Antriebsstrang jedes Muskels ein serienelastisches Element wie etwa eine Feder, die weichere Bewegungsmuster bewirkt.

Als künstliche Muskeln dienen bei dem jüngsten Ergebnis des Projekts, dem Modell ECCE3, mehr als 30 Motoren, Getriebe und Steuerungen des schweizerischen Kleinantriebstechnikspezialisten Maxon Motor. So sind allein im linken Arm 15 bürstenbehaftete Gleichstromantriebe der neuen Motorenbaureihe DCX verbaut, die eine hohe Leistung mit geringem Gewicht und ruhigem Lauf kombinieren.

Herzstück der neuen Motoren ist eine patentierte eisenlose Wicklung, die eine Reihe von Vorteilen bietet: So entstehen keine Wirbelstromverluste im Eisenkern, wodurch ein Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent erreicht wird. Außerdem gewährleistet das fehlende magnetische Rastmoment einen ruckfreien Lauf auch bei geringen Drehzahlen. Auch erleichtern die linearen Beziehungen zwischen Drehmoment und Strom sowie zwischen Drehzahl und Spannung die präzise Regelung jeder beliebigen Rotorposition. Nicht zuletzt verhindert die geringe Induktivität der Motoren elektromagnetische Störungen.

Varianten nach Bedarf

Die gesamte Baureihe ist modular aufgebaut: So besitzen die Motoren zum Beispiel wahlweise Edelmetall- oder Graphitbürsten und können mit standardmäßig vorgespannten Kugellagern oder mit Sinterlagern ausgestattet werden. Zu jedem Motortyp gibt es zahlreiche Wicklungsvarianten mit unterschiedlichen Windungszahlen und Drahtdurchmessern zwischen 0,032 und 0,45 Millimeter. So ergeben sich unterschiedliche Anschlusswiderstände sowie unterschiedliche Drehmoment- und Drehzahl-Konstanten, mit denen sich für viele Anwendungsfälle der am besten geeignete Motor zusammenstellen lässt.

Durch eine Optimierung der Baugruppen und den Einsatz von Hochleistungsmagneten sind die neuen Antriebe zudem extrem kompakt. So erreicht beispielsweise das Modell DCX 35L mit einem Durchmesser von 35 Millimeter nahezu dieselbe Kennliniensteigung wie der bestehende DC-Motor RE40 mit 40 Millimeter Durchmesser. Dieser Wert berechnet sich aus dem Quotienten von ideeller Leerlaufdrehzahl und ideellem Anhaltemoment und gibt Auskunft darüber, wie sehr sich die Drehzahl bei Lastschwankungen ändert. Zudem ermöglicht das Gehäuse nahezu alle mechanischen Konfigurationen mit unterschiedlichen Befestigungsgewinden oder Montagezentrierungen. Auch Länge und Durchmesser der Antriebswelle sind wählbar, mit oder ohne Fläche. Zudem werden die DCX-Motoren wahlweise mit oder ohne Kabel in verschiedenen Längen und mit Stecker ausgestattet.

Online konfigurieren und bestellen

Für die Konfiguration der verschiedenen Varianten der Antriebe haben die Kleinantriebsspezialisten im Internet die Microsite dcx.maxonmotor.com eingerichtet, über die sich zugleich auch passende Planetengetriebe der Baureihe GPX sowie verschiedene Encoder der Serie ENX online konfigurieren und bestellen lassen. Detaillierte Produktdaten sind sofort online einsehbar, und 3D-Daten stehen zum Download bereit. Die Planetengetriebe der Baureihe GPX bestehen aus einzeln konfigurierbaren Getriebestufen, die sich nahtlos mit dem Motorgehäuse verbinden lassen. Eine Vielzahl von Flanschvarianten und Wellen in unterschiedlichen Längen und Anschlussvarianten, mit Querbohrungen oder Passfeder gewährleisten eine flexible Verbindung mit der Anlage.

Die robusten Encoder der Serie ENX zur Erkennung von Drehrichtung und Drehzahl stehen in drei Varianten zur Wahl. So eignet sich die kostengünstige Zwei-Kanal-Variante ENX Quad mit integriertem ESD-Schutznetz, Kabelzugentlastung und Verpolungsschutz für einfache Regelungsaufgaben. Eine präzise Regelung für kompliziertere Anwendungen ermöglicht der Drei-Kanal-Encoder ENX Easy mit Line Driver nach RS422 und einer Auflösung bis zu 1.024 Impulsen pro Umdrehung. Speziell für genaue Regelungsaufgaben in stark magnetischer Umgebung eignet sich der optische Dreikanalencoder ENC HEDL mit Line Driver und 500 Impulsen Auflösung. Zusammen ergeben sich präzise und robuste Antriebssysteme für viele Anwendungsgebiete, von der Medizintechnik bis zur Luft- und Raumfahrt.

Auf einen Blick

- Die Antriebe der Baureihe DCX des Schweizer Kleinantriebsspezialisten Maxon Motor umfassen zahlreiche Motorgrößen, Wicklungsvarianten, Getriebe und Encodertypen, die sich miteinander kombinieren lassen.

- Die weltweit patentierte, eisenlose Wicklung ohne magnetisches Rastmoment gewährleistet geringe elektromagnetische Störungen und einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent.

Erschienen in Ausgabe: 02/2014