Hochleistungsgetriebe in Roboterplattform für Forschungszwecke

Sonderteil Getriebe + Getriebemotoren
Hochleistungsgetriebe in Roboterplattform
für Forschungszwecke
PAL Robotics hat den mobilen Manipulator „TIAGo“, eine Roboterplattform für Forschungszwecke,
entwickelt. Nachdem das Unternehmen zwölf Jahre lang Erfahrungen mit der Entwicklung von humanoiden und zweibeinigen Robotern gesammelt hat, wächst seine Familie der Dienstleistungsroboter
mit der Entwicklung weiterer Plattformen, die für die Erfüllung besonderer Aufgaben konzipiert werden
und nicht die Komplexität eines menschähnlichen Roboters erfordern, in ganz neue Richtungen.
an den Roboter anzupassen. TIAGo
will die Forschung jedoch nicht beschränken, sondern vielmehr voranbringen. Aus diesem Grund statteten
die Ingenieure von PAL Robotics ihren
Roboter mit einer open source-Software, einer modularen Hardwarearchitektur sowie mit der Möglichkeit aus,
die Leistungsmerkmale des Roboters so
zu verändern, dass sie sich optimal an
beliebige Forschungszwecke anpassen
lassen.
Einbausätze mit niedrigem
Trägheitsmoment und in
Leichtbauweise
Bild 1
Das spanische Unternehmen PAL Robotics hat den mobilen Manipulator TIAGo, eine Roboterplattform für
Forschungszwecke, entwickelt.
TIAGo – die Abkürzung für „Take It And
Go“, was so viel bedeutet wie „Nimm es
und los geht‘s“ – ist ein mobiler Manipulator mit autonomen Fähigkeiten auf
dem Gebiet der Wahrnehmung, Navigation und beim Greifen, die es dem
Roboter ermöglichen, eine Vielzahl von
Aufgaben zu erledigen (Bild 1). Diesen
Leistungsmerkmalen ist es zu verdan-
Autor
Fernando Aramendia
Geschäftsführer Harmonic Drive Espana S.L.U.,
Spanien
Kontakt:
Harmonic Drive AG
Hoenbergstraße 14
65555 Limburg an der Lahn
Tel.: 0 64 31/50 08-0
Fax: 0 64 31/50 08-119
E-Mail: [email protected]
www.harmonicdrive.de
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ken, dass sich der Roboter ideal für Aufgaben in der Feldforschung eignet, zu
denen zum Beispiel altersgerechte Assistenzsysteme für ein selbstbestimmtes
Leben (AAL) oder die Leichtindustrie gehören. Roboter wie TIAGo werden aller
Wahrscheinlichkeit nach bereits in wenigen Jahren eine zentrale Rolle in unserem täglichen Leben spielen, lange bevor
dies die humanoiden Roboter tun werden, da diese Art von Robotern uns bei
immer wiederkehrenden, routinemäßig
zu erledigenden oder schweren Aufgaben unterstützen und dadurch unsere
Lebensqualität verbessern können.
PAL Robotics entwickelte mit dem
mobilen Manipulator TIAGo einen
vielseitig konfigurierbaren Roboter, der
sich an beliebige Bedürfnisse auf dem
Gebiet der Forschung von Universitäten, Labors oder Institutionen anpassen lässt. Mit dieser Entwicklung geht
das Unternehmen auf die Problematik
vieler Robotikforscher ein, die zum Teil
dazu gezwungen sind, ihre Forschung
In dieses neue Design des TIAGo hat
PAL Robotics die „Harmonic Drive“Einbausätze der Baureihe CPL-2A vollständig integriert (Bild 2). Diese Entscheidung wurde getroffen, um die
Einhaltung der Vorgaben gemäß den
Spezifikationen, Zielen und technischen
Datenblättern von PAL Robotics zu
gewährleisten. Insgesamt sind in jedem
Roboterarm vier Harmonic Drive-Einbausätze integriert: Zwei in der Schulter,
einer im Armbizeps und einer im Ellbogen. Diese Einbausätze statten den Roboter mit sieben Freiheitsgraden aus sowie
mit einer Tragkraft von bis zu 2 kg mit einem Arm, der sich bis auf 75 cm ausstrecken lässt.
Die Einbausätze der Baureihe CPL-2A
sind erhältlich in fünf Baugrößen mit
den Untersetzungen 50, 80, 100, 120
und 160 bei einem wiederholbaren
Spitzendrehmoment zwischen 18 und
372 Nm und einer Leistungsdichte
von 340 bis 735 Nm/kg und bieten
geringste Massenträgheitsmomente.
Bei Bedarf sind die Einbausätze in
angepasster Ausführung maßgeschneidert für die Kundenanwendung erhältlich. Durch die Beschränkung der
Bauteile auf das Wesentliche, Querschnittsreduzierungen und optimierte
Bohrbilder ist die Baureihe CPL-2A
äußerst leicht. Die große Hohlwelle
Copyright Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, Düsseldorf
Konstruktion Juni 6-2016
Getriebe + Getriebemotoren Sonderteil
Großer Arbeitsbereich und sichere
Navigation
Bild 2
Die Harmonic Drive-Einbausätze der Baureihe CPL-2A statten den Roboter mit sieben Freiheitsgraden aus
sowie mit einer Tragkraft von bis zu 2 kg.
ermöglicht die Durchführung von Versorgungsleitungen, Wellen und Kabeln
für weiterführende Antriebssysteme.
Aufgrund der Positioniergenauigkeit
sind stabile Maschineneigenschaften
mit kurzen Taktzeiten garantiert.
Funktionsweise des Harmonic
Drive-Getriebes
Die Harmonic Drive-Einbausätze bestehen aus den drei Komponenten
„Circular Spline“, „Flexspline“ und
„Wave Generator“. Sie bieten hohen
Gestaltungsspielraum und ihre extrem
kompakte Bauweise ermöglicht die
Installation in Anwendungen mit
anspruchsvollen Platzanforderungen.
Das Harmonic Drive-Getriebe gehört
zur Gruppe der Wellgetriebe. Der elliptische Wave Generator als angetriebenes Teil verformt über das Kugellager
den Flexspline, der sich in den gegenüberliegenden Bereichen der großen
Ellipsenachse mit dem innenverzahnten Circular Spline im Eingriff befindet. Mit Drehen des Wave Generators
verlagert sich die große Ellipsenachse
und damit der Zahneingriffsbereich.
Da der Flexspline zwei Zähne weniger
als der Circular Spline besitzt, vollzieht
sich während einer halben Umdrehung des Wave Generators eine Relativbewegung zwischen Flexspline und
Circular Spline um einen Zahn und
während einer ganzen Umdrehung
um zwei Zähne. Bei fixiertem Circular
Spline dreht sich der Flexspline als
Abtriebselement entgegengesetzt zum
Antrieb.
Der mobile Manipulator TIAGo mit
seinen integrierten Einbausätzen profitiert von diesem renommierten Harmonic Drive-Wellgetriebeprinzip.
Der mobile Manipulator TIAGo wurde so ausgestattet, dass er über einen
großen Arbeitsbereich verfügt, in dem
er sicher agieren kann. Der Roboter navigiert dank seiner mobilen Basis
selbstständig durch den Raum, wobei
die von ihm benötigte Stellfläche lediglich 54 cm im Durchmesser beträgt.
Darüber hinaus ist er in der Lage, mit
seinem Laser, seinen Sonargeräten,
IMU und RGB-D zu navigieren: TIAGo
kann kartieren, sich selbst lokalisieren
und den einfachsten Weg herausfinden, um die ihm zugewiesene Aufgabe
auszuführen und dabei Hindernisse zu
umgehen. Der Schwenk-Neig-Kopf
des Roboters verfügt über einen
RGB-D-Sensor, der ihn dabei unterstützt, Gegenstände und Menschen
wahrzunehmen, mit denen er interagieren kann. Darüber hinaus besitzt
TIAGo Stereomikrophone und Lautsprecher, um mit dem Anwender zu
sprechen.
Leichte und spielfreie Getriebe
Sein Arbeitsbereich wird durch
einen Hubtorso vergrößert, der es
dem Roboter ermöglicht, seine Größe
von 95 auf 130 cm auszudehnen. TIAGo verfügt über einen Arm mit sieben
Freiheitsgraden (DOFs), der im vollständig ausgestreckten Zustand eine
Spannweite von 75 cm hat und Gegenstände mit einem Höchstgewicht
von 2 kg anheben kann. Die im Arm
Copyright Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, Düsseldorf

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