WO2010115702A1

WO2010115702A1 - Motorgetriebeeinheit

Info

Publication number: WO2010115702A1
Application number: PCT/EP2010/053715
Authority: WO
Inventors: Armin Wedler; Andreas Baumann; Erich Krämer
Original assignee: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2010-10-14
Also published as: DE102009016854B4; DE102009016854A1

Abstract

Eine Motorgetriebeeinheit für Roboterelemente, insbesondere Fingerglieder einer Roboterhand, weist einen Rotor ( 16) auf, der von einem Stator (14) umgeben ist. Der Rotor (16) ist über Zwischenschaltung eines Getriebes (36) mit einer Abtriebswelle (34) verbunden. Erfindungsgemäß ist der Rotor (16) als Hohlwelle ausgebildet, so dass das Getriebe (36) zumindest teilweise innerhalb der Hohlwelle (16) angeordnet ist. Das Getriebe (36) ist hierbei vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet.

Description

Motorqetriebeeinheit

Die Erfindung betrifft eine Motorgetriebeeinheit, die beispielsweise für Roboterelemente, insbesondere für FingergMeder einer Roboterhand geeignet ist.

In der Robotik bestehen Bestrebungen, um beispielsweise ein dem menschlichen Greifen ähnliches Greifen realisieren zu können, Einzelkomponente zu verkleinern. Zum Bewegen einzelner Roboterelemente wie Fingergliedern sind Antriebssysteme vorgesehen. Aufgrund der zunehmenden Anzahl von Freiheitsgraden wird eine zunehmende Anzahl von Antrieben benötigt. Beispielsweise werden pro Finger drei Antriebe benötigt, so dass eine Vierfingerhand zwölf Antriebe aufweist. Es ist gefordert, Antriebe zu verwenden, die bei ausreichender Leistungsfähigkeit, insbesondere bei hohen Drehmomenten, dennoch einen möglichst geringen Bauraum aufweisen. Bekannte in der Robotik einsetzbare Rotorgetriebeeinheiten bauen axial relativ lang.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Motorgetriebeeinheϊt für Roboterelemente, insbesondere Fingerglieder von Roboterhänden zu schaffen, die einen möglichst geringen Bauraum aufweist und mit der bei geringen Drehzahlen hohe Kräfte übertragen werden können. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die Motorgetriebeeinheit weist einen mehrere Permanentmagnete tragenden Rotor auf. Der Rotor ist von einem Stator bzw. Statorwicklungen umgeben. Der Rotor ist in einem Gehäuse über eine Lagereinrichtung, die beispielsweise zwei Kugellager aufweist, gelagert. Der Rotor ist unter Zwischenschaltung eines Getriebes mit einer Abtriebswelle verbunden. Um einen möglichst geringen Bauraum zu realisieren, weist die erfindungsgemäße Motorgetriebeeinheit einen Rotor mit Hohlwelle auf. Insbesondere ist der Rotor als Hohlwelle ausgebildet, so dass die Permanentmagnete an der Außenseite der Hohlwelle angeordnet sind. Das erfindungsgernäße Vorsehen einer Hohlwelle als Rotor bzw. durch das Vorsehen eines Rotors, der eine Hohlwelle aufweist, ist es möglich, das Getriebe zumindest teilweise innerhalb der Hohlweile anzuordnen, wobei es bevorzugt ist, das Getriebe vollständig innerhalb der Hohlwelle und insbesondere innerhalb des als Hohlwelle ausgebildeten Rotors anzuordnen. Hierdurch kann die Baulänge der Motorgetriebeeinheit erheblich reduziert werden, da das Getriebe in Längsrichtung in dem Rotor integriert ist.

Durch das erfindungsgemäße Anordnen des Getriebes innerhalb der Hohlwelle des Rotors kann die axiale Baulänge der kompletten Einheit auf die reine Motorlänge reduziert werden. Der Außendurchmesser ist durch den Statoraußendurchmesser bestimmt und variiert von Baugröße zu Baugröße.

Besonders bevorzugt ist es, als Getriebe ein Pianetengetriebe vorzusehen. Hierbei dient die Hohlwelle in besonders bevorzugter Ausführungsform als Hohlrad. An der Innenseite der Hohlwelle ist hierbei eine Verzahnung angeordnet, die mit Planeten des Planetengetriebes zusammenwirkt. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Abtriebswelle in die Hohlwelle ragt. Beispielsweise kann die Abtriebswelle das Sonnenrad des Pianetengetriebes tragen, wobei insbesondere das in die Hohlwelle ragende Ende der Abtriebsweite als Sonnenrad ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Abtriebswelle den Planetenträger tragen, wobei hierbei das Gehäuse das Sonnenrad trägt. Jedoch sind auch andere Differenzgetriebeaufbauformen denkbar»

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Sonnenrad von der Abtriebsweile unabhängig. Hierbei kann das Sonnenrad beispielsweise von einem mit dem Gehäuse verbundenen Zapfen getragen werden, wobei das Sonnenrad vorzugsweise fest mit dem Zapfen verbunden ist. Die Kraft- und Drehmomentenübertragung von dem als Hohirad dienenden Rotor auf die Abtriebswelle erfoigt über einen Pianetenträger. Hierbei weist der Plaπetenträger in bevorzugter Ausfuhrungsform Lagerzapfen auf, auf denen die Planeten frei drehbar gehalten sind. Der Planetenträger selbst, der insbesondere ringförmig ausgebildet sein kann, ist sodann fest mit der Abtriebswelle verbunden.

Zur Bauraumreduzierung ist es ferner vorteilhaft, die Lagerung des Rotors sowie der Abtriebswelle platzsparend anzuordnen. Vorzugsweise weist die Lagereinrichtung, die zur Lagerung des Rotors dient, zwei Lagerelemente auf, von denen zumindest eines innerhalb des Rotors angeordnet ist. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass dieses Lagerelement zwischen dem als Hohlwelle ausgebildeten Rotor und dem mit dem Gehäuse verbundenen Zapfen angeordnet ist, der das Sonnenrad trägt. Das zweite Lagerelement zur Lagerung des Rotors kann an der Außenseite des Rotors angeordnet sein. Die Abtriebswelle ist vorzugsweise ebenfalls zumindest über ein Lagerelement innerhalb des Rotors gelagert. Das Lagerelement der Abtriebswelle ist somit zwischen der Abtriebswelle und zwischen dem Rotor angeordnet. Bevorzugt äst es hierbei, dass dieses Lagerelement der Abtriebswelle und das außerhalb des Rotors angeordnete Lagerelement des Rotors sich axial überdecken bzw. axial nicht zueinander versetzt angeordnet sind. Die beiden Lagerelemente werden somit in bevorzugter Ausführuπgsform in einer Ebene senkrecht zur Abtriebswelle angeordnet. Hierdurch ist eine einfache Kraftübertragung von der Abtriebswelle auf das Gehäuse möglich.

Die erfindungsgemäße Motorgetriebeeinheit weist einen erfindungsgemäß äußerst geringen Bauraum auf. Nur hierdurch ist es möglich, eine derartige Getriebeeinheit, insbesondere in Roboterfingern einzusetzen. Gleichzeitig weist die Motorgetriebeeinheit den erheblichen Vorteil auf, dass bei geringen Drehzahlen hohe Kräfte übertragen werden können. Insbesondere in der Robotik werden mit geringen Drehzahlen bis hin zum Stillstand (n=0 bis 100) gleichzeitig große Momente (Antriebsseitig-M=5N/mm bis 6Nm) benötigt, um Robotergelenke z.B. statisch zu positionieren. Dieses erfüllt in besonderer Weise die erfindungsgemäße Motorgetriebeeinheit. Hierbei weist die Motorgetriebeeinheit in bevorzugter Ausführungsform einen Stator auf, dessen Außendurchmesser kleiner als 71 mm, insbesondere kleiner als 40 mm ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt einer bevorzugten

Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Motorgetriebeeinheit und

Figur 2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II in Figur 1.

Die erfindungsgemäße Motorgetriebeeinheit für Roboterelemente insbesondere Fingerglieder einer Roboterhand weist ein Gehäuse 10 auf, das mit einem Gehäusedeckel 12 verschlossen ist. Innerhalb des im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gehäuses 10 ist ein Stator 14 angeordnet, wobei der Stator 14 im Gehäuse 10 fixiert ist. Innerhalb des ringförmigen Stators 14 ist ein Rotor 16 angeordnet. Der Rotor 16 ist als Hohlwelle ausgebildet und trägt an seiner Außenseite 18 Permanentmagnete 20.

Der Rotor 16 ist über eine Lagereinrichtung, die zwei Lagerelemente 22, 24 aufweist, in dem Gehäuse 10, 12 drehbar gelagert. Das erste Lagerelement 22 ist hierbei innerhalb des Rotors 16 angeordnet und auf einem Zapfen 26, der mit dem Gehäusedeckel 12 verbunden oder einstückig ausgebildet ist, fixiert. Zwischen dem Lagerelement 22 und einer Innenseite 28 des Rotors 16 können Kommutierungsmagnete 30 angeordnet sein, die mit Hallsensoren 32 zusammenwirken.

Das zweite Lagereiement 24 ist an der Außenseite 18 des Rotors 16 angeordnet.

Der Rotor 16 dient nicht unmittelbar als Abtriebswelle, Vielmehr ist zwischen dem Rotor 16 und einer Abtriebswelle 34 ein Getriebe 36 angeordnet. Das Getriebe 36 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Planetengetriebe ausgebildet. Hierzu weist der Rotor bzw. die Hohlwelle 16 an ihrer Innenseite 28 eine Verzahnung auf, so dass zumindest ein Teil der Hohlwelle 16 als Hohirad fungiert. In die Verzahnung des Hohlrades greifen im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Planeten 38 ein. Die Verzahnung der Planeten 38 greift ferner in eine Verzahnung eines Sonnenrades 40 ein. Das Sonnenrad 40 ist im dargestellten Ausfύhrungsbeäspiel auf dem Zapfen 26, der auch das Lagerelement 22 trägt, angeordnet, insbesondere fixiert. Zur Kraft- und Drehmomentübertragung von dem Rotorelement 16 auf die Abtriebsweile 34 sind die Planeten 38 über einen Planeteπträger 42 miteinander verbunden. Der Planetenträger 42 ist drehfest mit der Abtriebswelle 34 verbunden und weist drei Lagerzapfen 44 auf, die jeweils zur Lagerung eines Planetens 38 dienen.

Das in die Hohlwelle 16 ragende Ende der Abtriebswelle 34 ist erfindungsgemäß über ein Lagereiement 45 gelagert, das zwischen der Innenseite der Hohlwelle 16 und der Außenseite der Abtriebswelle 34 angeordnet ist.

Claims

- 1 -Patentansprüche

1. Motorgetriebeeinheit für Roboterelemente, insbesondere Fingergiieder, mit

einem mehrere Permanentmagnete (20) tragenden Rotor (16),

einem den Rotor (16) umgebenden Stator (14),

einer den Rotor (16) in einem Gehäuse (10, 12) lagernden Lagereinrichtung (22, 24),

einer mit dem Rotor (16) verbundenen Abtriebswelle (34)

und einem zwischen dem Rotor und der Abtriebswelie (34) angeordneten Getriebe (36),

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Rotor (16) als Hohlwelle ausgebildet ist und das Getriebe (36) zumindest teilweise innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist.

2. Motorgetriebeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (34) vollständig innerhalb der Hohlwelle (16) angeordnet ist,

3. Motorgetriebeeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (34) a!s Planetengetriebe ausgebildet ist,

4. Motorgetriebeeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (16) zur Ausbildung eines Hohlrades an einer Innenseite (28) eine Verzahnung aufweist.

5. Motorgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (34) in die Hohiweüe (16) ragt.

6. Motorgetriebeeinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Sonnenrad (40) und dem Hohlrad insbesondere drei Planeten (38) vorgesehen sind, die vorzugsweise über einen gemeinsamen Planetenträger (42) gehalten sind.

7. Motorgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (34) mit dem Planetenträger (42), insbesondere fest verbunden ist.

8. Motorgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (22, 24) zumindest ein innerhalb des Rotors (16) angeordnetes Lagerelement (22) aufweist

9. Motorgetriebeeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (22) an einem mit dem Gehäuse (10, 12) verbundenen Zapfen (26) angeordnet ist.

10. Motorgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (40) auf einen mit dem Gehäuse (10, 12) verbundenen Zapfen (26) angeordnet, insbesondere fest mit diesem verbunden ist.

11. Motorgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelie (34) zumindest teilweise in dem Rotor (16) über ein Lagerelement (45) gelagert ist,

12. Motorgetriebeeϊnhett nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das die Antriebswelle (34) lagernde Lagerelement (45) in einer Ebene mit einem den Rotor (16) lagernden Lagerelement (24) angeordnet ist.

13. Motorgetriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator einen Außendurchmesser von weniger als 71, insbesondere weniger als 40 mm aufweist.