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Berechnung Kompakte Planetengetriebe für Humanoide richtig auslegen

Quelle: Kisssoft 1 min Lesedauer

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Der Boom der humanoiden Robotik stellt Getriebeentwickler vor neue Herausforderungen: Aktuatoren müssen extreme Untersetzungen auf kleinstem Bauraum realisieren. Eine entscheidende, aber oft unterschätzte Rolle für das dynamische Verhalten spielt dabei die Phasenlage der Zahnräder im Planetengetriebe.

Getriebe für Humanoide: Die richtige Phasenlage entscheidet.(Bild: Kisssoft)
Getriebe für Humanoide: Die richtige Phasenlage entscheidet.
(Bild: Kisssoft)

In der humanoiden Robotik werden in den Aktuatoren häufig Planetengetriebe eingesetzt, um hohe Untersetzungen unter äußerst kompakten Designvorgaben zu erzielen. Die Phasenlage der Zahnräder in einer Planetenstufe wird dabei durch die Zähnezahl und die Anzahl der Planeten bestimmt. Beides wirkt sich direkt auf die Lastverteilung und das Anregungsverhalten aus. Je nach Anordnung der Planeten ergeben sich unterschiedliche getriebedynamische Eigenschaften:     

  • Gleichphasige Konfiguration: Hierbei sind alle Planeteneingriffe synchron. Dies begünstigt im Allgemeinen eine gleichmäßige Lastverteilung und einen niedrigeren Aufteilungsfaktor. Da sich jedoch damit die Eingriffssteifigkeiten aller Planeten gleichzeitig ändern, führt diese Phasenlage in der Regel zur größten Drehwegabweichung des Planetenträgers.
  • Sequentielle Phasenlage: Bei dieser Variante sind die Eingriffsphasen gleichmäßig auf die Planeten verteilt. Dadurch können Planeten mit hoher Eingriffssteifigkeit solche mit geringer Steifigkeit ausgleichen, was zur Reduktion der Drehwegabweichung des Planetenträgers beiträgt.
  • Gegenphasige Konfiguration: Hier weisen gegenüberliegende Planeten die gleiche Eingriffsphase auf. Diese Konstellation bewirkt, dass sich die auf den Planetenträger wirkenden Kräfte teilweise gegenseitig aufheben und sich folglich die Kraftanregung im Planetenträger reduziert.
  • Gemischte Phasenlage: Diese Konfigurationen treten bei unregelmäßiger Verteilung der Planeten auf und erfordern eine detailliertere Analyse, um ihr dynamisches Verhalten umfassend zu beurteilen.

Berechnung und Optimierung per Software

Um Entwickler bei diesen anspruchsvollen Anforderungen zu unterstützen, bietet die Kisssoft Kontaktanalyse unter Last (LTCA) eine ausführliche Bewertungsmöglichkeit dieser komplexen Effekte. Die Software berechnet präzise die Drehwegabweichung des Planetenträgers und der einzelnen Planeten sowie die exakte Lastverteilung auf die Planetenräder. Dies ermöglicht es Ingenieuren, den Einfluss der Phasenlage auf das Getriebeverhalten fundiert zu quantifizieren und das Getriebe gezielt für die spezifischen und hochdynamischen Anforderungen in der Robotik zu optimieren.

Mehr dazu bei Kisssoft.

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