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Getriebe

Der Ameise nachempfunden: Ein Kletterroboter erobert den Mond

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Anbieter zum Thema

ACE Stoßdämpfer GmbH
FAULHABER Antriebssysteme
WITTENSTEIN SE
Harmonic Drive SE

Eine Herausforderung: Die Beine mit jeweils vier Gelenken

Wie bei allen autonomen Einheiten wurde auch beim Spaceclimber besonderes Augenmerk auf Robustheit, Energieeffizienz, Ausfallsicherheit und Autonomie gelegt. Und wie sooft stehen sich die Forderungen nach geringem Gewicht auf der einen Seite, nach hohen Drehmomenten und Stabilität auf der anderen Seite diametral gegenüber. Eine besondere Herausforderung stellte die Entwicklung der Beine dar. Mit ca. 70 Prozent Gewichtsanteil bei sechs- oder achtbeinigen Laufrobotersystemen beeinflussen sie maßgeblich die Energieeffizienz. Mit dem Erfahrungsschatz aus zahlreichen Voruntersuchungen und Experimenten wurden neuartige Beine mit vier baugleichen Gelenken entwickelt. Folgende Zusatzanforderungen mussten erfüllt werden:

  • Kabelführung innerhalb der Struktur
  • Bis 720° Drehwinkel
  • Absolute Positionsanzeige
  • Variable Montage für serielle Kinematik

Das vom DFKI entwickelte Konzept beinhaltet ein Maximum an Freiheitsgraden, erfüllt die Forderung nach einem günstigen Masse-Leistungsverhältnis und gestattet auch die Integration diverser Sensoren. Bei dem gesamten Vorhaben stand nicht zuletzt auch immer die Verwendbarkeit von Technologien im Vordergrund, die im Kontext einer Anwendung im Weltraum realisierbar sind.

Um neben den genannten Spezifikationen auch noch die Forderung nach einer Kabeldurchführung zu erreichen, entschied man sich für eine Kombination aus einem Einbausatz von Harmonic Drive und einem bürstenlosen Motorbausatz der Firma Robodrive.

Der ausgewählte Einbausatz Typ HFUC-14-100-2A-R von Harmonic Drive erfüllt mit seiner Spezifikation die gestellten Anforderungen an Übersetzung (i=100), Drehmoment (zulässiges Kollisionsdrehmoment 54Nm), Größe sowie Gewicht (90 g) und lässt sich hervorragend mit dem Robodrive Motor ILM 50x8 kombinieren. Durch spielfreie Verzahnung und hohe Überlastbarkeit sollte der erhebliche Zeitaufwand für Referenzierung und Baugruppenaustausch verringert werden.

Weiterhin verfügt der Aktuator über eine FPGA basierte programmierbare Leistungselektronik, die mittels speziellem LVDS Bus angesteuert wird, einem motorseitigen und abtriebsseitigen Gebersystem zur Umsetzung der absoluten Positionsanzeige, ein Miniaturmikrofon und zwei Temperatursensoren. Eine alternative Elektronik mit einer CAN Schnittstelle ist im Hause des DFKI verfügbar.

Aus Gewichtsgründen wurde auf die allgemein üblichen Fettabdichtungen verzichtet und das Getriebe nur mit minimaler Fettmenge geschmiert. Trotz der auf ein Minimum reduzierten Schmierung konnte das Getriebe ohne Leistungseinschränkung betrieben werden. Bei zahlreichen Voruntersuchungen und Messreihen zeigte sich, dass keine Begrenzung des max. Motormoments von 0,9 Nm erforderlich ist und aus der Stromaufnahme verlässliche Daten über das Abtriebsmoment ermittelt werden können.

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