Die stille Revolution im Robotergelenk

Batterielose Multiturn-Drehgebervon Posital könnten die Positionssensorik in der Robotik nachhaltig verändern. Dank Wiegand-Technologie erfassen sie Umdrehungen ohne externe Energieversorgung. Das reduziert Wartungsaufwand, vermeidet Referenzfahrten und schafft neue Möglichkeiten für kompakte Robotergelenke. 

Die Robotik erlebt derzeit einen tiefgreifenden Wandel. Humanoide Roboter verlassen zunehmend die Forschungslabore und finden ihren Weg in industrielle und kommerzielle Anwendungen. Fahrerlose Transportsysteme (AGVs) und autonome mobile Roboter (AMRs) revolutionieren die Intralogistik, während Serviceroboter neue Aufgaben in Krankenhäusern, Hotels und öffentlichen Einrichtungen übernehmen. Gleichzeitig erschließen Robotikhunde, Hexapod-Plattformen und hochpräzise Operationsroboter völlig neue Einsatzfelder. 

Trotz aller Unterschiede haben diese Systeme eines gemeinsam: Ihre Leistungsfähigkeit hängt von einer präzisen und zuverlässigen Positionsrückmeldung ab. Ob ein Roboter läuft, fährt, hebt, greift oder chirurgische Instrumente bewegt – jede Bewegung muss exakt erfasst und geregelt werden. 

Mit der zunehmenden Miniaturisierung robotischer Systeme steigen jedoch auch die Anforderungen an die eingesetzte Sensorik. Besonders im Fokus stehen moderne Multiturn-Drehgeber, die nicht nur Winkelpositionen innerhalb einer Umdrehung erfassen, sondern auch mehrere vollständige Umdrehungen zählen können. Genau hier setzt eine Technologie an, die das Potenzial hat, die Robotik nachhaltig zu verändern: batterielose Multiturn-Messung. 

Warum Multiturn-Drehgeber unverzichtbar werden 

Viele Roboterachsen bewegen sich über mehrere Umdrehungen hinweg. Gelenke, Antriebe und Aktuatoren müssen ihre Position auch dann kennen, wenn die Stromversorgung unterbrochen wurde. Nur so lassen sich Ausfallzeiten minimieren und sichere Bewegungsabläufe gewährleisten. 

Traditionell wurden Multiturn-Drehgeber mit Batterien ausgestattet, um die Anzahl der Umdrehungen bei abgeschalteter Versorgungsspannung zu speichern. Diese Lösung funktioniert, bringt jedoch einen erheblichen Nachteil mit sich: Batterien müssen überwacht, getestet und regelmäßig ersetzt werden. Gerade in komplexen Robotersystemen mit vielen Achsen kann dies zu einem beträchtlichen Wartungsaufwand führen. 

Hinzu kommt das Risiko eines Batterieversagens. Geht die gespeicherte Positionsinformation verloren, sind häufig zeitaufwendige Referenzfahrten erforderlich. Für moderne Robotiksysteme, die hohe Verfügbarkeit und minimale Wartungskosten verlangen, wird diese Abhängigkeit zunehmend zum Problem.

Wiegand-Technologie als Weg zur Wartungsfreiheit 

Posital verfolgt deshalb einen anderen Ansatz. Die Multiturn-Drehgeber des Unternehmens nutzen einen integrierten Wiegand-Sensor, der die für den Umdrehungszähler benötigte Energie direkt aus der Drehbewegung der Welle gewinnt unabhängig von der Drehgeschwindigkeit. 

Anstatt eine Batterie einzusetzen, wird die Bewegungsenergie genutzt, um den Multiturn-Zähler zu versorgen. Dadurch bleibt die Anzahl der Umdrehungen dauerhaft gespeichert – selbst wenn keine externe Stromversorgung vorhanden ist. 

Die zugrunde liegende Wiegand-Technologie stammt von Ubito, dem Schwesterunternehmen von Posital und einem Spezialisten für Wiegand-basierte Lösungen. Durch die Kombination der Wiegand-Kompetenz von Ubito mit der langjährigen Erfahrung von Posital im Bereich Positionssensorik entstand eine wartungsfreie Lösung für die Multiturn-Messung. 

Für Robotikentwickler ergeben sich daraus mehrere Vorteile gleichzeitig: Batteriewechsel entfallen vollständig, ungeplante Wartungseinsätze werden reduziert und die langfristige Zuverlässigkeit steigt. Darüber hinaus sinken die Betriebskosten über die gesamte Lebensdauer einer Maschine. 

Weniger Stillstand, höhere Verfügbarkeit 

Ein weiterer Vorteil absoluter Multiturn-Drehgeber liegt im Wegfall von Referenzfahrten. Viele Robotersysteme müssen nach dem Einschalten zunächst eine bekannte Position anfahren, um ihre Lage zu bestimmen. Dieser Vorgang kostet Zeit und reduziert die Produktivität. 

Absolute Multiturn-Drehgeber von Posital stellen die Positionsinformation dagegen unmittelbar nach dem Einschalten bereit. Das System kennt seine Position sofort – unabhängig davon, ob es sich um einen humanoiden Roboter, einen mobilen Roboter oder einen hochdynamischen Aktuator handelt. 

Gerade bei AGVs, AMRs und Servicerobotern, die häufig neu gestartet oder geladen werden, trägt dies zu einer deutlich höheren Verfügbarkeit bei. Gleichzeitig verbessert sich die Betriebssicherheit, da unerwartete Bewegungen während einer Initialisierung vermieden werden. 

Miniaturisierung als Schlüsseltrend 

Während Robotersysteme immer kompakter werden, müssen auch die eingesetzten Sensoren kleiner und leichter werden. Besonders deutlich zeigt sich dieser Trend bei humanoiden Robotern, Robotikhunden und modernen Gelenkantrieben. 

Posital reagiert darauf mit einer neuen Generation von Multiturn-Drehgebern ab einem Durchmesser von lediglich 20 mm. Diese Miniaturgeber ermöglichen eine präzise Positionsrückmeldung selbst dort, wo der verfügbare Bauraum äußerst begrenzt ist. 

Die Encoder sind sowohl als vollständig gekapselte Varianten als auch als Kit-Encoder erhältlich. Letztere werden direkt in Motoren oder Aktuatoren integriert und nutzen die vorhandene Mechanik des Systems. Dadurch lassen sich Gewicht, Einbauraum und Kosten reduzieren – ein wichtiger Vorteil für mobile und humanoide Robotikplattformen. 

Auch die mechanische Integration wurde konsequent auf die Anforderungen moderner Robotik ausgelegt. Durch-Hohlwellen-Encoder von Posital ermöglichen platzsparende Konstruktionen und vereinfachen die Integration in kompakte Gelenke und Antriebseinheiten. 

Sensorik als Enabler der nächsten Robotergeneration 

Die Zukunft der Robotik wird nicht allein durch künstliche Intelligenz oder leistungsfähigere Antriebe bestimmt. Ebenso entscheidend sind die Komponenten, die eine präzise Bewegungsregelung überhaupt erst ermöglichen. 

Mit kompakten Bauformen, flexiblen Integrationsmöglichkeiten und batterieloser Multiturn-Technologie adressiert Posital mehrere der zentralen Herausforderungen moderner Robotik. Die von Ubito entwickelte Wiegand-Technologie zeigt dabei, wie sich durch intelligente Energienutzung eine langjährige Schwachstelle klassischer Multiturn-Systeme beseitigen lässt. 

Während humanoide Roboter, AGVs, Serviceroboter, Robotikhunde, Operationsroboter und Hexapod-Systeme immer leistungsfähiger werden, steigt auch die Bedeutung zuverlässiger Positionssensorik. Batterielose Multiturn-Drehgeber könnten sich dabei als eine jener Schlüsseltechnologien erweisen, die zwar selten im Rampenlicht stehen, den Fortschritt der Robotik jedoch maßgeblich ermöglichen. 

Autor: Klaus Matzker, Verantwortlicher Robotics Sector, Posital 

Bilder: Fraba-Posital