DER KONSTRUKTEUR ASB 2026

MOTOREN UND STEUERUNGEN

MOTOREN UND STEUERUNGEN ANTRIEBSSYSTEME DER NÄCHSTEN GENERATION WAS DIE ROBOTIK WIRKLICH ANTREIBT Die Robotik ist ein zentraler Markt für Aktuatoren von Maxon - geprägt von rasantem Wandel und starkem Wachstum. Doch wie könnten die Akuationssysteme der nächsten Generation aussehen? Mario Mauerer, Business Development Manager Robotik bei dem Schweizer Antriebsspezialisten, gibt einen Ausblick und ordnet wichtige Technologietrends ein. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Die Zukunft lässt sich naturgemäß nicht vorhersagen, doch aus bestimmten Entwicklungstendenzen lässt sich eine Vision ableiten. Schon sehr bald dürften autonome Roboter nahezu alle Bereiche des Alltags durchdringen. Autonome Autos und Lieferroboter auf dem Gehweg sind dabei erst der Anfang. Briefe und Pakete werden von Roboterschwärmen zugestellt und eingesammelt. Mit Exoskeletten ausgestattete Arbeiter errichten gemeinsam mit vierbeinigen Robotern Infrastruktur. Roboter reinigen Hotelzimmer - inklusive der Toilette. Kita-Roboter unterhalten Kinder im Sandkasten und entsorgen Windeln. Äpfel werden automatisch geerntet. Diese Welt wird vermutlich schneller Realität, als man es sich heute vorstellt. DAS HERZ DER ROBOTIK: AKTUATIONSSYSTEME Ein Kernelement jedes Roboters sind seine Aktuationssysteme, die Drehmoment in kontrollierter Weise aufbringen, um Bewegung zu erzeugen. Robotikantriebe müssen hoch drehmomentdicht, tief integriert, zuverlässig und in der Produktion skalierbar sein. Und die Antriebssysteme der nächsten Generation ermöglichen diese Transformation. Einige Aspekte sollen im Folgenden näher beleuchtet werden. KOMPLEXITÄT WÄCHST: KOLLABORATION ERFORDERT MEHR ALS NUR NOTAUS Sicherheit wird dabei von zentraler Bedeutung sein. Millionen autonomer Roboter werden sich voraussichtlich künftig Räume mit verletzlichen Menschen teilen. Roboterantriebe müssen daher grundsätzlich sicherheitsrelevante Funktionen bieten. „Safe Torque Off“, also das sichere Abschalten von Aktuatoren, ist nur der Anfang und ein erster, einfacher Ansatz. Irgendwann wird es notwendig sein, Drehmoment und Bewegung aktiv sicher bereitzustellen, was eine völlig neue Dimension an Komplexität bedeutet. Derzeit befinden sich die Technologien dafür noch in frühen Entwicklungsstadien. Mario Mauerer, Business Development Manager Robotics bei Maxon VOM LEGOPRINZIP ZU NAHTLOSEN SYSTEMEN Antriebe werden auch eine immer tiefere Integration von Teilsystemen erfordern, um alle notwendigen Funktionen auf begrenztem Raum zu vereinen. Austauschbare Komponenten nach dem Legobausteinprinzip werden nicht mehr möglich sein. Systemgrenzen verschwimmen und werden zunehmend voneinander abhängig. Aktuatoren werden zu tragenden Strukturelementen, und niemand wird sich mehr mit Kabeln beschäftigen wollen BEGRENZTER RAUM MACHT TIEFERE INTEGRATION VON TEILSYSTEMEN ERFORDERLICH oder können; Kommunikation und Energieübertragung müssen kombiniert werden. Vorangetrieben wird dieser Integrationstrend - wie so oft - auch durch neuartige Materialien und Fertigungsmethoden. Ein Aspekt, der diese tiefe Integration bereits heute beschleunigt, sind fortschrittliche Systemsimulationen. Solche Werkzeuge ermöglichen eine tiefe Systemoptimierung und -validierung. Maxon will sicherstellen, dass ein Robotikentwickler einen Roboter bauen kann, der einfach funktioniert - weil Sensoren, Aktuatoren und Steuerungssysteme zuvor ausreichend simuliert wurden. Neue Roboter zu entwickeln, wird damit wirklich einfach. VOM ADAPTIVEN LERNEN BIS ZUR ECHTZEIT- STEUERUNG AUS DER CLOUD Der nächste Paradigmenwechsel betrifft die Rechenleistung. Ein offensichtlicher Treiber ist hier das maschinelle Lernen. Fortschrittliche Modelle und Algorithmen werden direkt auf den Aktuatoren ausgeführt und herkömmliche, schleifenbasierte und kaskadierte Regelungsarchitekturen ablösen - dank ihrer Fähigkeit, mit komplexeren und vielfältigeren Daten umzugehen. Dies könnte auch bedeuten, dass Aktuatoren künftig wesentlich mehr Sensoren wie IMUs (Inertial Measurement Unit) oder Mikrofone integrieren, um eine prädiktive Wartung oder ein ausfallsicheres Verhalten direkt auf Gelenkebene zu ermöglichen. Solche Sensoren unterstützen auch adaptives Lernen: Systeme 22 DER KONSTRUKTEUR 2026 / ASB www.derkonstrukteur.de

MOTOREN UND STEUERUNGEN 01 02 01 Ganzheitlicher Ansatz: Mit zwei Schleifen optimiert Maxon seine Antriebssysteme für die Robotik 02 Kompakte Systeme: High Efficiency Joints von Maxon sind vollintegrierte robotische Aktuatoren für mobile und interaktive Robotersysteme der nächsten Generation; sie kombinieren Motor, Planetengetriebe, integrierte Elektronik, Encoder, Kreuzrollenlager sowie ein robustes, IP67-geschütztes Gehäuse reagieren hier von sich aus auf sich ändernde Bedingungen wie Verschleiß oder Defekte, und zwar nicht durch vorprogrammierte Verhaltensweisen, sondern durch ein intrinsisches Verständnis ihrer Architektur, Schnittstellen und Aufgaben. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die räumliche Verteilung der Rechenleistung. Die Einschätzung des Autors hierzu: Rechensysteme eines Roboters werden stärker zentralisiert und alle Sensordaten an einem Ort verarbeitet. Eine gegenteilige Sichtweise besagt, dass Rechenkapazität eher dezentral über den gesamten Roboter verteilt sein wird - einschließlich der Aktuatoren. Welche Architektur sich durchsetzen wird (wenn überhaupt eine davon), bleibt jedoch abzuwarten. Unabhängig davon werden sämtliche Daten, die durch Aktuationssysteme erzeugt werden, gesammelt und entweder lokal direkt für die Steuerung genutzt oder für die präventive Wartung einzelner Roboter oder ganzer Flotten. Künftige Fortschritte in der (drahtlosen) Konnektivität werden den Transfer sehr großer Datenmengen ermöglichen - und möglicherweise sogar die Echtzeitsteuerung von Robotern aus der Cloud. EFFIZIENT, LANGLEBIG UND WARTUNGSARM BEREIT FÜR DIE SKALIERUNG Bei komplexeren Antriebssystemen rücken zudem Lebenszyklusüberlegungen verstärkt in den Fokus. Aktuatoren müssen nicht nur nachhaltig produziert werden, sondern auch bei hoher Effizienz mit minimalem oder ganz ohne Wartungsaufwand arbeiten. Flotten von Millionen Robotern, von denen viele batteriebetrieben sind, müssen ein hohes Maß an Zuverlässigkeit aufweisen und nur minimale Wartung erfordern - um ihre Verbreitung weiter zu beschleunigen und die Gesamtkosten im Betrieb zu senken. Dies verändert natürlich auch die Geschäftsmodelle von Antriebsanbietern wie Maxon. HUMANOIDE ROBOTER: KOMPLEXITÄT LIEGT IM SYSTEM, NICHT IN DER FORM Humanoide Roboter sind derzeit ein sehr angesagtes Thema. In den letzten zwei bis drei Jahren ist das Feld mit neuen Systemen zahlreicher Hersteller und Forschungseinrichtungen regelrecht explodiert. Ein Humanoid ist dabei aber lediglich eine bestimmte Ausdrucksform eines autonomen mobilen Roboters, der Manipulation oder Interaktion leisten kann. Die eigentliche Komplexität liegt nicht in der äußeren Form, sondern vielmehr in der ganzheitlichen Beherrschung eines so komplexen Systems. Solche Roboter - egal ob humanoid, vierbeinig oder in einer anderen Form, wie zum Beispiel balancierend auf einer Kugel - nutzen modernste Sensoren, fortgeschrittene Regelungsverfahren und komplexe Hardware. Dazu gehören auch die scheinbar „einfachen“ Aktuatoren, welche die vermeintlich banale Aufgabe des „Drehens“ übernehmen - in Wirklichkeit sind sie aber hochkomplexe Enabler, die eng in die Software und Steuerungssysteme des Roboters integriert sind. Der Nachweis, dass solche autonomen Systeme zuverlässig und funktionsfähig arbeiten, steht bislang noch weitgehend aus. Themen wie mobile Manipulation stellen weiterhin ungelöste Forschungsfragen dar. Erste kommerzielle Einsätze entstehen langsam, wie etwa in der Logistik oder in stark kontrollierten Umgebungen. Es wird noch dauern, bis solche Systeme - ob humanoid, zentauren- oder vierbeinig - breit in wirklich unstrukturierten Umgebungen eingesetzt werden, wie beispielsweise für die Postzustellung. Fest steht aber aus Sicht von Maxon: Aktuatoren und Hardware müssen schon heute auf minimale Komplexität reduziert werden - also geringe Kosten und hohe Zuverlässigkeit erreichen. Andernfalls wird das erwartete massive Wachstum und eine wirtschaftlich sinnvolle Anwendung kaum möglich sein. Bilder: Maxon www.maxongroup.de www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2026 / ASB 23