DE102023111856B3

DE102023111856B3 - Aktuator für ein Robotergelenk, Robotergelenk, Roboter und Verfahren zum Betreiben eines Aktuators

Info

Publication number: DE102023111856B3
Application number: DE102023111856.0A
Authority: DE
Inventors: Anton Shu; Martin Görner; Armin Wedler
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2023-05-06
Filing date: 2023-05-06
Publication date: 2024-10-31
Anticipated expiration: 2043-05-07

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Aktuator (100) für einen Roboter. Der Aktuator (100) weist eine Antriebseinrichtung (110), einen Abtrieb (120), und ein zwischen der Antriebseinrichtung (110) und dem Abtrieb (120) angeordnetes Getriebe (130) mit einer mit der Antriebseinrichtung (110) gekoppelten Antriebsseite (132), einer mit dem Abtrieb (120) gekoppelten Abtriebsseite (134) und einer mit wenigstens einer Federeinrichtung (140) gekoppelten Stegseite (136 auf. Die wenigstens eine Federeinrichtung (140) ist wahlweise zumindest teilweise deaktivierbar und/oder überbrückbar. Zudem wird ein damit ausgestattetes Robotergelenk und ein damit ausgestatteter Roboter vorgeschlagen. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betreiben eine solches Aktuators vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator für ein Robotergelenk. Außerdem betrifft die Erfindung ein Robotergelenk mit einem solchen Aktuator. Zudem betrifft die Erfindung einen Roboter mit einem solchen Aktuator und/oder einem solchen Robotergelenk. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Aktuators.
Aktuatoren für Robotergelenke mit einer Antriebseinrichtung, einem Abtrieb und einem zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtrieb angeordneten, elastisch übertragenden Getriebe sowie einer Federeinrichtung sind bereits bekannt. Solche Aktuatoren können Diese beispielsweise seriell-elastisch ausgeführt sein, also in einer seriellen Kombination von Motor, Getriebe, Feder und Abtrieb. Des Weiteren können solche Aktuatoren z.B. auch elastisch-differentiell ausgeführt sein und dementsprechend als differentiell-elastisch (in Englisch: Differential Elastic Actuator (DEA)) bezeichnet werden.
Beispielsweise in dem Dokument M. Lauria, M. . -A. Legault, M. . -A. Lavoie and F. Michaud, „Differential elastic actuator for robotic interaction tasks," 2008 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Pasadena, CA, USA, 2008, pp. 3606-3611, doi: 10.1109/ROBOT.2008.4543763 ist ein differentiell-elastischer Aktuator mit einer Torsionsfeder beschrieben.
Zudem sind in den Dokumenten S. Wolf and G. Hirzinger, „A new variable stiffness design: Matching requirements of the next robot generation," 2008 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Pasadena, CA, USA, 2008, pp. 1741-1746, doi: 10.1109/ROBOT.2008.4543452 und J. Reinecke, A. Dietrich, A. Shu, B. Deutschmann and M. Hutter, „A Robotic Torso Joint With Adjustable Linear Spring Mechanism for Natural Dynamic Motions in a Differential-Elastic Arrangement," in IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 7, no. 1, pp. 9-16, Jan. 2022, doi: 10.1109/LRA.2021.3117245 differentiell-elastische Aktuatoren mit verstellbaren Federeinrichtungen beschrieben.
Diese herkömmlichen Aktuatoren eignen sich aufgrund ihres elastischen Verhaltens für dynamische Aufgaben eines Roboters, eignen sich damit jedoch nur bedingt für präzise Aufgaben.
Das Dokument US 2016 / 0 229 056 A1 betrifft eine Gelenkdrehmomentberechnungseinheit die ein Gelenkdrehmoment T₁ eines Gelenks berechnet, das erforderlich ist, um einen Gelenkwinkel auf einen Zielgelenkwinkel zu bewegen. Eine Summiereinheit erhält einen Summenwert U₁, der die Summe der an den Aktuatoren erzeugten Kräfte angibt, aus einer Zielsteifigkeit. Eine Einstelleinheit setzt einen Begrenzungskoeffizienten h₁ auf einen Wert größer als 1, wenn ein nicht-antagonistischer Antrieb durchgeführt wird, und auf 1, wenn ein antagonistischer Antrieb durchgeführt wird. Eine Begrenzungseinheit nimmt |T₁| < U₁ × r × h₁ als Begrenzungsbedingung, wobei r der Radius des Momentarms ist, und begrenzt das Gelenkdrehmoment T₁ auf einen Bereich, der die Bedingungen erfüllt. Eine Berechnungseinheit für die erzeugte Kraft berechnet die erzeugte Kraft der Aktoren auf der Grundlage des begrenzten Gelenkdrehmoments T₁. Die Einstelleinheit setzt den Begrenzungskoeffizienten h₁ allmählich in die Nähe von 1, wenn vom nicht-antagonistischen Antrieb zum antagonistischen Antrieb gewechselt wird.
Das Dokument KR 10 2015 0 134 803 A betrifft ein Aktuatormodul mit variabler Steifigkeit, das Folgendes umfasst: ein Gehäuse; eine Welle, die das Gehäuse durchdringt, wobei ein Ende mit einem Ausgangsglied verbunden ist; eine Antriebseinheit, die eine Drehkraft für die Welle bereitstellt; und eine Positionssteifigkeits-Steuereinheit, die zwischen der Welle und der Antriebseinheit angeordnet ist und die Drehkraft von der Antriebseinheit auf die Welle überträgt. Das Aktuatormodul mit variabler Steifigkeit hält eine fixierte Drehsteifigkeit des Abtriebsglieds aufrecht und ermöglicht es der Steuereinheit für die Positionssteifigkeit, in einem fixierten Zustand zu bleiben, falls ein Drehwinkel des Abtriebsglieds aufgrund einer externen Kraft geändert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Aktuator für ein Robotergelenk strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Robotergelenk strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgrabe zugrunde, einen eingangs genannten Roboter strukturell und/oder funktionell zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Aktuator für ein Robotergelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Robotergelenk mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst mit einem Roboter mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Ferner wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines Aktuators für einen Roboter mit den Merkmalen des Anspruchs 20. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche/abhängigen Ansprüche.
Der vorgeschlagene Aktuator eignet sich beispielsweise zum Einsatz und/oder zur Implementierung an oder in einem robotischen System, wie etwa einem Robotergelenk, einem Antrieb, einem Fahrwerk, oder dergleichen. Beispielsweise kann der Aktuator in einem Fahrwerk eines robotischen Fahrzeugs, z.B. eines Rovers, in einem Parallelmanipulator, einer Kombination davon, oder dergleichen eingesetzt werden.
Der Aktuator kann eine oder mehrere Schnittstellen, wie etwa eine Gehäuseschnittstelle, eine Abtriebsschnittstelle, oder dergleichen aufweisen, die jeweils dazu eingerichtet sein können, mit entsprechenden Schnittstellen des Roboters gekoppelt zu werden. Der Aktuator weist die Antriebseinrichtung, den Abtrieb und das zwischen der Antriebseinrichtung und dem Abtrieb angeordnete Getriebe auf. Das Getriebe kann mit der wenigstens einen Federeinrichtung zusammenwirken. Beispielsweise kann sich das Getriebe über die wenigstens eine Federeinrichtung abstützen, z.B. an einem Gehäuse des Aktuators.
Der Aktuator kann durch das wahlweise zumindest teilweise Deaktivieren und/oder Überbrücken der wenigstens einen Federeinrichtung wahlweise elastische oder elastischere Eigenschaften, nämlich bei aktiver und/oder nicht überbrückter Federeinrichtung, oder steife oder, insbesondere gegenüber den elastischen Eigenschaften, steifere Eigenschaften aufweisen, nämlich bei deaktivierter und/oder überbrückter Federeinrichtung. Unter dem zumindest teilweisen Deaktivieren und/oder Überbrücken der wenigstens einen Federeinrichtung kann verstanden werden, dass dadurch eine Federwirkung und/oder eine Dämpferwirkung der wenigstens einen Federeinrichtung zumindest reduziert und/oder begrenzt oder deaktiviert wird. D.h., dass die wenigstens eine Federeinrichtung in ihrem aktiven und/oder nicht überbrückten Zustand eine höhere Federwirkung und/oder Dämpferwirkung hat als in ihrem zumindest teilweise deaktivierten und/oder überbrückten Zustand. In letzterem Zustand kann nur noch eine reduzierte Federwirkung und/oder Dämpferwirkung oder keine Federwirkung und/oder Dämpferwirkung vorhanden sein. Das zumindest teilweise Deaktivieren und/oder Überbrücken der wenigstens einen Federeinrichtung kann dazu dienen, eine präzise Positions- und/oder Kraftkontrolle, z.B. Positions- und/oder Kraftsteuerung und/oder -regelung, zu ermöglichen.
Der Betrieb des Aktuators kann wahlweise in wenigstens einem elastischen Betriebsmodus oder wenigstens einem steifen Betriebsmodus erfolgen. Der jeweilige Betriebsmodus kann elektronisch kontrolliert, z.B. gesteuert und/oder geregelt, bzw. wahlweise aktiviert oder deaktiviert werden. Der Aktuator kann wahlweise zwischen dem wenigstens einen elastischen Betriebsmodus und dem wenigstens einen steifen Betriebsmodus hin und her schaltbar sein. Der jeweilige Betriebsmodus kann beispielsweise in Abhängigkeit einer zur erfüllenden Aufgabe, z.B. Task, des Roboters gewählt werden.
In dem elastischen Betriebsmodus kann die Federeinrichtung aktiviert, aktiv und/oder wirksam sein. In dem steifen Betriebsmodus kann die wenigstens eine Federeinrichtung zumindest teilweise deaktiviert, inaktiv und/oder überbrückt sein. Beispielsweise wenn der Aktuator in einem Fahrwerk eines robotischen Fahrzeugs eingesetzt wird, kann der Aktuator wahlweise, z.B. für schnelle Fahrten, in dem elastischen Betriebsmodus oder, z.B. für langsamere Interaktionen des Fahrwerks mit seiner Umgebung, in dem steifen Betriebsmodus mit zumindest teilweise deaktivierter und/oder überbrückter Federeinrichtung betrieben werden. Weiter beispielsweise kann der Aktuator in dem wenigstens einen steifen Betriebsmodus als z.B. Parallelmanipulator verwendet werden. In dem wenigstens einen steifen Betriebsmodus kann der Aktuator eine höhere Präzision aufweisen als in dem elastischen Betriebsmodus. Der Aktuator kann wahlweise in wenigstens einem der nachfolgenden Betriebsmodi betreibbar sein. In einem ersten elastischen Betriebsmodus, in dem die Federeinrichtung aktiviert, aktiv und/oder wirksam ist. Dabei kann die Antriebseinrichtung kontrolliert bremsbar sein. In einem zweiten elastischen Betriebsmodus, in dem die Federeinrichtung aktiviert, aktiv und/oder wirksam ist. Dabei kann ein abtriebsseitiges Drehmoment kontrollierbar sein. In einem ersten steifen Betriebsmodus, in dem die Federeinrichtung zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt ist. Dabei kann eine Drehmomentregelung ausführbar sein. Und in einem zweiten steifen Betriebsmodus, in dem die Federeinrichtung zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt ist. Dabei kann eine Positionsregelung ausführbar sein. Weitere mögliche Betriebsmodi können beispielsweise Kombinationen der vorstehenden Betriebsmodi umfassen.
Für das wahlweise zumindest teilweise Deaktivieren und/oder Überbrücken der Federeinrichtung kann die Stegseite wahlweise an oder gegenüber einem Gehäuse des Aktuators zumindest teilweise festsetzbar und/oder fixierbar sein. Unter dem zumindest teilweisen Festsetzen kann beispielsweise verstanden werden, dass eine Bewegung der Stegseite, z.B. Relativbewegung gegenüber einem Gehäuse des Aktuators und/oder der Antriebsseite und/oder Abtriebsseite, zumindest eingeschränkt wird. Die Stegseite kann in einem nicht festgesetzten und/oder nicht fixierten Zustand beweglich sein, z.B. beweglich gelagert sein. Die Bewegung der Stegseite kann beispielsweise eine Drehbewegung sein. Zum zumindest teilweisen Festsetzen der Stegseite kann z.B. mittels Kraftschluss eine entsprechende Widerstandskraft, Haltekraft, Bremskraft, oder dergleichen auf die Stegseite ausgeübt werden, wodurch deren Bewegung eingeschränkt werden kann. Das Festsetzen kann aber auch als Arretieren und/oder Fixieren verstanden werden. Dies kann wiederum z.B. kraftschlüssig erfolgen, indem eine entsprechend hohe Kraft auf die Stegseite ausgeübt wird. Der Kraftschluss kann z.B. auch elektromagnetisch bewerkstelligt werden. Das Festsetzen, insbesondere Arretieren und/oder Fixieren, der Stegseite kann aber auch mittels Formschluss erfolgen, indem z.B. ein Arretierungselement, mit der Stegseite indirekt oder direkt in Eingriff gebracht wird. Das wahlweise zumindest teilweise Deaktivieren und/oder Überbrücken der Federeinrichtung kann elektronisch kontrolliert, z.B. gesteuert und/oder geregelt, erfolgen.
Der Aktuator kann wenigstens ein schaltbares Arretierungselement aufweisen, das zum Schalten z.B. kontrollierbar, ansteuerbar, bewegbar, oder dergleichen sein kann. Das wenigstens eine Arretierungselement kann dazu eingerichtet sein, von einer ersten Position, Orientierung, Lage, oder dergleichen, in der kein Kontakt und/oder Eingriff mit der Stegseite des Getriebes besteht, in eine zweite Position, Orientierung, Lage, oder dergleichen, in der es mit der Stegseite in Kontakt und/oder Eingriff bringbar ist, geschaltet werden. Das Arretierungselement kann z.B. aktuatorisch und/oder elektronisch kontrolliert betätigt, z.B. auch bewegt, werden. Das wenigstens eine Arretierungselement kann dazu eingerichtet sein, die Stegseite des Getriebes an oder gegenüber einem Gehäuse, z.B. einem Gehäuse des Aktuators, wahlweise zumindest teilweise festzusetzen und/oder zu fixieren, arretieren, usw. Das wenigstens eine Arretierungselement kann dazu eingerichtet sein, die Stegseite formschlüssig, reibschlüssig und/oder elektromagnetisch zumindest teilweise festzusetzen und/oder zu fixieren, arretieren, usw. Das wenigstens eine Arretierungselement kann zum wahlweisen in Kontakt bringen und/oder in Eingriff bringen mit der Stegseite angeordnet und/oder ausgeführt sein. Beispielsweise kann das wenigstens eine Arretierungselement stiftförmig ausgeführt sein. Das wenigstens eine Arretierungselement kann z.B. auch als Festlegungsstift, Arretierungsstift, oder dergleichen ausgeführt und/oder bezeichnet werden.
Zudem kann der Aktuator beispielsweise als differentiell-elastischer Aktuator (engl. Differential Elastic Actuator (DEA)) ausgeführt sein. Die differentielle Anordnung kann zur Realisierung eines kompakten Aufbaus des Aktuators dienen. Bei einer differentiellen Anordnung von Antriebseinrichtung, Getriebe, Federeinrichtung und Abtrieb kann das Getriebe mit der wenigstens einen Federeinrichtung zusammenwirken. Z.B. kann sich das Getriebe über die Federeinrichtung an einem Gehäuse, z.B. einem Gehäuse des Aktuators, abstützen. Zudem können die Antriebsseite, die Abtriebsseite, und die Stegseite des Getriebes prinzipiell zueinander beweglich angeordnet und/oder ausgeführt sein.
Die Antriebseinrichtung kann einen Antriebsmotor aufweisen oder als solcher ausgeführt sein. Die Antriebseinrichtung kann z.B. elektrisch ausgeführt sein. Die Antriebseinrichtung ist mit der Antriebsseite des Getriebes gekoppelt. Zudem kann die Antriebseinrichtung eine Ausgangswelle, z.B. eine Motorwelle, oder dergleichen aufweisen. Die Ausgangswelle kann mit der Antriebsseite des Getriebes gekoppelt sein. Die Antriebseinrichtung kann sich an einem Gehäuse des Aktuators abstützen. Der Aktuator kann eine Bremseinrichtung zum Bremsen der Antriebseinrichtung aufweisen. Das Bremsen der Antriebseinrichtung kann kontrolliert, d.h. gesteuert und/oder geregelt, überwacht, usw., erfolgen. Zudem kann die Bremseinrichtung elektronisch kontrollierbar sein. Die Bremseinrichtung kann elektrisch betätigbar sein. Die Bremseinrichtung kann als Sicherheitsbremse ausgeführt und in einem unbestromten Zustand geschlossen sein.
Der Abtrieb kann eine Schnittstelle, z.B. Abtriebsschnittstelle, aufweisen, die dazu eingerichtet sein kann, mit einer entsprechenden Schnittstelle des Roboters gekoppelt zu werden. Der Abtrieb ist mit der Abtriebsseite gekoppelt. Beispielsweise kann der Antrieb eine Abtriebswelle, einen Abtriebsflansch, oder dergleichen aufweisen.
Das Getriebe weist die Antriebsseite, die Abtriebsseite und die Stegseite auf. Die Antriebsseite kann ein erstes Getriebeelement aufweisen. Die Abtriebsseite kann ein zweites Getriebeelement aufweisen. Die Stegseite kann ein drittes Getriebeelement aufweisen. Das Getriebe kann elastisch übertragend ausgeführt sein. Das Getriebe kann ein elastisches Übertragungselement aufweisen. Das Getriebe kann beispielsweise als Wellgetriebe ausgeführt sein. Z.B. kann das Getriebe als Harmonic Drive ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Antriebsseite des Getriebes, z.B. das erste Getriebeelement, als Wave Generator ausgeführt sein. Der Wave Generator kann z.B. eine elliptische Scheibe aufweisen. Die elliptische Scheibe kann ein Lager, z.B. Wälzlager, aufweisen. Laufringe des Lagers können verformbar sein. Der Wave Generator kann als Antrieb des Getriebes dienen. Die Abtriebsseite des Getriebes, z.B. das zweite Getriebeelement, kann als Flexspline ausgeführt sein. Der Flexspline kann eine zylindrische Buchse mit Außenverzahnung aufweisen. Der Flexspline kann als Abtrieb des Getriebes dienen. Die Stegseite des Getriebes, z.B. das dritte Getriebeelement, kann als Circular Spline ausgeführt sein. Der Circular Spline kann als zylindrischer Außenring mit Innenverzahnung ausgeführt sein. Zähne des Circular Spline können, zumindest abschnittsweise, mit Zähnen des Flexspline in Eingriff stehen. Die Außenverzahnung der zylindrischen Buchse kann eine andere Anzahl von Zähnen aufweisen als die Innenverzahnung des Außenrings, wodurch Flexspline und Circular Spline eine Relativbewegung zueinander durchführen können.
Die Stegseite des Getriebes, z.B. das dritte Getriebeelement, kann mit einem Scheibenelement, z.B. einer Art Riemenscheibe oder dergleichen, gekoppelt sein oder ein solches aufweisen. Beispielsweise kann das Scheibenelement zueinander drehfest mit der Stegseite, z.B. mit dem dritten Getriebeelement, gekoppelt sein. Das Scheibenelement kann mit der wenigstens einen Federeinrichtung gekoppelt sein. Zum Koppeln der Stegseite, z.B. des dritten Getriebeelements, und/oder Scheibenelements mit der wenigstens einen Federeinrichtung kann der Aktuator wenigstens ein Seilelement aufweisen. Das wenigstens eine Seilelement kann beispielsweise ein Metallseil, wie etwa ein Stahlseil usw. sein, wobei auch andere Materialien, wie etwa ein Kunststoffseil, ein Textilseil, oder dergleichen, möglich sind. Das wenigstens eine Seilelement kann dazu dienen, die Stegseite, z.B. das dritte Getriebeelement, ggf. über das Scheibenelement, und die wenigstens eine Federeinrichtung miteinander zu koppeln, z.B. zu verbinden. Das wenigstens eine Seilelement kann beispielsweise mit einem ersten Ende an der Stegseite, z.B. an dem dritten Getriebeelement, und/oder an dem Scheibenelement terminiert sein. Zum Koppeln mit dem wenigstens einen Seilelement kann das Scheibenelement eine entsprechende Eingriffsöffnung aufweisen. Ein zweites Ende des Seilelements kann an und/oder in der wenigstens einen Federeinrichtung terminiert sein. Das Seilelement kann dazu eingerichtet, z.B. angeordnet und/oder ausgeführt, sein, eine Bewegung, eine Kraft, ein Drehmoment, usw. der Stegseite, z.B. des dritten Getriebeelements, auf die wenigstens eine Federeinrichtung, oder in die umgekehrte Richtung, zu übertragen.
Die wenigstens eine Federeinrichtung kann wenigstens ein Federelement aufweisen. Das wenigstens eine Federelement kann beispielsweise als Druckfeder ausgeführt sein. Die wenigstens eine Federeinrichtung kann auch wenigstens zwei antagonistische Federelemente aufweisen. Die zwei antagonistischen, z.B. in entgegengesetzte Richtungen wirksamen, Federelemente können in entgegengesetzte Umfangsrichtungen des dritten Getriebeelements wirksam sein. Eine Vorspannung des jeweiligen Federelements kann unabhängig von dem anderen Federelement einstellbar sein.
Die wenigstens eine Federeinrichtung kann an einem Gehäuse, z.B. einem Gehäuse des Aktuators, abgestützt sein. Zudem kann die wenigstens eine Federeinrichtung eine der Stegseite, z.B. dem dritten Getriebeelement, zugewandte Federbasis aufweisen. Zudem kann die wenigstens eine Federeinrichtung einen auf einer der Stegseite, z.B. dem dritten Getriebeelement, abgewandten Seite der Federbasis angeordneten Druckstutzen aufweisen. Des Weiteren kann die wenigstens eine Federeinrichtung wenigstens ein zwischen der Federbasis und dem Druckstutzen angeordnetes Federelement aufweisen. Das wenigstens eine Federelement kann z.B. als Druckfeder oder dergleichen ausgeführt sein. Wenigstens ein Seilelement kann, insbesondere zum miteinander Koppeln der Stegseite, z.B. des dritten Getriebeelements, und der wenigstens einen Federeinrichtung, entlang des wenigstens einen Federelements geführt sein und z.B. an dem Druckstutzen terminiert sein. Das wenigstens eine Seilelement kann durch den Druckstutzen hindurch ragen. Beispielsweise über zwei gekonterte Schraubenmuttern kann eine Kraft, z.B. Druckkraft, von der Terminierung des wenigstens einen Seilelements auf den Druckstutzen übertragen werden. Die Federbasis kann über eine oder mehrere Gewindestangen oder dergleichen mit dem Gehäuse verbunden sein. Zwischen der Stegseite, z.B. dem dritten Getriebeelement, und der Federbasis kann ein Seilauslass angeordnet und/oder ausgebildet sein, der als Auslass für das wenigstens eine Seilelement hin zu der Stegseite, z.B. dem dritten Getriebeelement, dienen kann. Ein Abstand und/oder eine Distanz zwischen der Federbasis und dem Seilauslass kann veränderbar und/oder einstellbar sein. Bei zumindest teilweise deaktivierter und/oder überbrückter Federeinrichtung kann lediglich eine aus einem Abstand zwischen der Federbasis und dem Seilauslass resultierende Kraft, z.B. Druckraft, wirksam sein. Die Kraft, z.B. Druckkraft, kann aus dem Abstand zwischen der Federbasis und dem Seilauslass resultieren. Die Kraft, z.B. Druckkraft, kann zumindest im Wesentlichen konstant sein. Der Abstand zwischen der Federbasis und dem Seilauslass kann eine Vorspannung auf das wenigstens eine Federelement, z.B. Druckfeder, beeinflussen, z.B. die Vorspannung einstellbar machen.
Es können auch mehrere, d.h. wenigstens zwei, Federeinrichtungen an oder in dem Aktuator vorgesehen sein. Die mehreren Federeinrichtungen können zueinander antagonistisch, z.B. gegenläufig wirksam, usw., angeordnet und/oder ausgeführt sein. Jede der Federeinrichtungen kann wie hierin beschrieben ausgeführt sein. Z.B. kann jede der Federeinrichtungen jeweils mindestens ein Federelement, z.B. eine Druckfeder oder dergleichen, aufweisen. Die Federelemente der mehreren Federeinrichtungen können einzeln vorspannbar sein. Des Weiteren kann jede der Federeinrichtungen eine jeweilige Federbasis, einen Druckstutzen, usw., wie hierin beschrieben, aufweisen. Zudem kann jede der mehreren Federeinrichtungen über ein eigenes Seilelement, wie hierin beschrieben, mit der, insbesondere gleichen, Stegseite, z.B. dem dritten Getriebeelement, ggf. über das Scheibenelement, gekoppelt sein. Die jeweiligen Vorspannungen auf das wenigstens eine Federelement, z.B. Druckfeder, können einzeln eingestellt und/oder gelöst werden. Durch Lösen der Vorspannung kann die jeweilige Terminierung des jeweiligen Seilelements gelöst werden. Dadurch kann die jeweilige Federeinrichtung oder ein Teil davon demontiert und/oder ausgetauscht werden.
Der Aktuator kann ein Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann zum Abstützen der wenigstens einen Federeinrichtung dienen. Zudem kann das Gehäuse zum zumindest teilweisen Festsetzen und/oder Fixieren, Arretieren, usw. der Stegseite des Getriebes dienen. Zudem kann das Getriebe zum Abstützen der wenigstens einen Antriebseinrichtung dienen. Das Getriebe kann sich über die wenigstens eine Federeinrichtung an dem Gehäuse abstützen.
Der Aktuator kann kontrolliert werden, insbesondere elektronisch kontrolliert werden. Unter Kontrollieren kann in dieser Offenbarung verstanden werden, dass ein Element, eine Komponente, eine Funktion, oder dergleichen des Aktuators, des Robotergelenks und/oder des Roboters steuerbar oder gesteuert ist und/oder regelbar oder geregelt ist. Beispielsweise kann das Kontrollieren durch eine Kontrolleinrichtung, wie etwa eine Steuereinrichtung und/oder Regeleinrichtung, einen Computer, einen Prozessor, ein Field Programmable Gate Array (FPGA), oder dergleichen, erfolgen. Die Kontrolleinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den gesamten Aktuator oder Teile davon, wie etwa die Antriebseinrichtung, die Federeinrichtung, das Getriebe, eine Sensorik, usw. zu kontrollieren. Beispielsweise kann die Kontrolleinrichtung dazu eingerichtet sein, das wahlweise zumindest teilweise Deaktivieren und/oder Überbrücken der wenigstens einen Federeinrichtung zu kontrollieren, z.B. zu steuern und/oder zu regeln. Zudem kann die Kontrolleinrichtung dazu eingerichtet sein, den wahlweisen Betriebsmodus des Aktuators, z.B. den elastischen und/oder steifen Betriebsmodus, zu kontrollieren.
Das Kontrollieren kann auch eine Überwachung, Detektion, oder dergleichen eines Elements, einer Komponente, einer Funktion, usw. umfassen. Zur Überwachung kann der Aktuator einen oder mehrere Sensoren oder dergleichen aufweisen. Beispielsweise kann der Aktuator einen Drehmomentsensor, einen Positionssensor, oder dergleichen aufweisen. Z.B. kann der Abtrieb mit einem Drehmomentsensor gekoppelt sein. Der Drehmomentsensor kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, ein Drehmoment des Abtriebs, d.h. z.B. ein Abtriebsdrehmoment zu detektieren, zu erfassen, oder dergleichen. Der Aktuator kann wenigstens einen Positionssensor aufweisen. Der wenigstens eine Positionssensor kann dazu eingerichtet sein eine Auslenkung einer Feder der Federeinrichtung zu detektieren, zu erfassen, oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich dazu, kann der Positionssensor dazu eingerichtet sein, eine auf die Antriebseinrichtung bezogene Position zu detektieren, zu erfassen, oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich dazu, kann der Positionssensor dazu eingerichtet sein, eine auf den Abtrieb bezogene Position zu detektieren, zu erfassen, oder dergleichen. Beispielsweise kann der Positionssensor dazu eingerichtet sein, eine Relativposition zu einem Gehäuse des Aktuators zu erfassen, zu messen, usw.
Das vorgeschlagene Robotergelenk kann sich beispielsweise zum Einsatz und/oder zur Implementierung an oder in einem robotischen System, wie etwa einem Antrieb, einem Fahrwerk, einem Manipulator, einer Kombination davon, oder dergleichen. Beispielsweise kann der Aktuator in einem Fahrwerk eines robotischen Fahrzeugs, z.B. eines Rovers, in einem Parallelmanipulator, einer Kombination davon, oder dergleichen eingesetzt werden.
Das Robotergelenk weist den hierin beschriebenen Aktuator in einer oder mehreren Ausführungsvarianten auf. Das Robotergelenk kann wie hierin für den Aktuator beschrieben weitergebildet werden. Das Robotergelenk kann eine oder mehrere Schnittstellen, z.B. eine Welle, einen Flansch, oder dergleichen, aufweisen, die jeweils dazu eingerichtet sein können, mit dem Aktuator gekoppelt zu werden.
Der vorgeschlagene Roboter kann jede Art von robotischem System sein. Beispielsweise kann der Roboter als Fahrzeug, als ein Teil eines Fahrzeugs, wie etwa ein Antrieb und/oder ein Fahrwerk, als Manipulator, z.B. Parallelmanipulator, oder eine Kombination davon ausgeführt sein. Weitere mögliche Einsatzgebiete sind hierin an anderen Textstellen beschrieben, auf die hiermit verwiesen wird. Der Roboter weist den hierin beschriebenen Aktuator in einer oder mehreren Ausführungsvarianten und/oder das hierin beschriebene Robotergelenk in einer oder mehreren Ausführungsvarianten auf.
Das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Aktuators für einen Roboter kann z.B. zum Betreiben des hierin beschriebenen Aktuators, des hierin beschriebenen Robotergelenks und/oder des hierin beschriebenen Roboters eingesetzt bzw. verwendet werden. Wie oben beschrieben, weist der Aktuator eine Antriebseinrichtung, einen Abtrieb und ein zwischen der Antriebseinrichtung Getriebe auf. Das Getriebe weist eine mit der Antriebseinrichtung gekoppelte Antriebsseite, eine mit dem Abtrieb gekoppelte Abtriebsseite und eine mit wenigstens einer Federeinrichtung gekoppelte Stegseite auf. Das Verfahren umfasst das Vorhalten von wenigstens einem elastischen Betriebsmodus des Aktuators. In dem wenigstens einen elastischen Betriebsmodus ist die wenigstens eine Federeinrichtung des Aktuators aktiviert und/oder wirksam. Zudem umfasst das Verfahren das Vorhalten von wenigstens einem steifen Betriebsmodus. In dem wenigstens einen steifen Betriebsmodus kann die wenigstens eine Federeinrichtung zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt sein. Des Weiteren umfasst das Verfahren das wahlweise Betreiben des Aktuators in dem wenigstens einen elastischen Betriebsmodus oder dem wenigstens einen steifen Betriebsmodus.
Das Verfahren kann gemäß dem hierin beschriebenen Aktuator, dem Robotergelenk und/oder dem Roboter weitergebildet werden. Die Auswahl des jeweiligen Betriebsmodus kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Aufgabe, z.B. Task, des Roboters erfolgen.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein Aktuator, z.B. auch ein differentiell-elastischer Aktuator, bei dem eine Federeinrichtung zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt werden kann. Beispielsweise kann die Stegseite des Getriebes des Aktuators zumindest teilweise gegenüber oder an einem Gehäuse des Aktuators festgesetzt und/oder fixiert, usw. werden. Der Aktuator kann in mehreren zueinander unterschiedlichen Betriebsmodi für unterschiedliche Einsatzzwecke und/oder Aufgaben des Roboters betreiben.
Mit der Erfindung wird beispielsweise der Betrieb des Aktuators, Robotergelenks und/oder Roboters verbessert. Insbesondere kann der Aktuator usw. in einem von mehreren zueinander unterschiedlichen Betriebsmodi betriebe werden. Der jeweilige Betriebsmodus kann nach einem oder mehreren Kriterien, z.B. einer Aufgabe des Aktuators usw. gewählt und/oder eingestellt werden. Einer oder mehrere der Betriebsmodi können eine präzise Positions- und/oder Kraftregelung, oder dergleichen. Ein anderer oder mehrere andere Betriebsmodi können dagegen eine gute Feder- und/oder Dämpferwirkung ermöglichen, z.B. für eine hohe Robustheit. Je nach z.B. Einsatzzweck, Aufgabe, oder dergleichen kann ein jeweils am besten geeigneter Betriebsmodus ausgewählt und/oder verwendet werden. Es kann ein kompaktbauender Aktuator bereitgestellt werden, der flexibel in unterschiedlichen Betriebsmodi mit jeweils optimierten Eigenschaften betrieben werden kann. Die Federelemente können bei bestimmungsgemäß eingebautem oder verbautem Aktuator zugänglich angeordnet sein, wodurch z.B. ein Federelement der Federeinrichtung auf einfache Weise demontierbar, austauschbar, usw. sein kann. Auch können einzelne Federelemente der Federeinrichtung einzeln vorspannbar und/oder entlastbar sein. Dadurch muss z.B. das Robotergelenk nicht dauerhaft entlastet werden. Durch das wahlweise Bremsen der Antriebsseite und/oder der Antriebseinrichtung kann der Aktuator besonders energieeffizient, als zumindest weitestgehend oder vollständig passives Feder- und/oder Dämpferelement betrieben werden, da die Antriebseinrichtung durch die Haltebremse keine Energie für das notwendige antriebseinrichtungsseitige Haltemoment aufbringen muss. Durch Vorsehen eines Drehmomentsensors für die Abtriebsseite und/oder den Abtrieb des Aktuators kann der Aktuator im steifen Betriebsmodus drehmomentkontrolliert, z.B. drehmomentgeregelt, betrieben werden. Durch mehrere Positionssensoren, z.B. zum Detektieren einer Antriebsposition und/oder einer Abtriebsposition, kann eine redundante Detektion des Drehmoments ermöglicht werden, z.B. im elastischen Betriebsmodus.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben, dabei zeigen schematisch und beispielhaft:

1 ein Systemschema eines exemplarischen Aktuators für einen Roboter,
2 in einer geschnittenen Draufsicht einen exemplarischen Aktuator für einen Roboter,
3 in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Ansicht einen Teilabschnitt eines exemplarischen Aktuators, und
4 in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Ansicht einen Teilabschnitt eines exemplarischen Aktuators.

1 illustriert in einer Art Blockdiagramm ein Systemschema eines exemplarischen Aktuators 100, der sich an oder in einem Roboter (nicht gezeigt) einsetzen und/oder implementieren lässt.
Der Aktuator 100 weist eine Antriebseinrichtung 110, einen Abtrieb 120 und ein Getriebe 130 auf. Das Getriebe 130 ist zwischen der Antriebseinrichtung 110 und dem Abtrieb 120. Die Antriebseinrichtung 110 ist mit dem Getriebe 130 gekoppelt und/oder wirkt mit diesem zusammen, wie dies in 1 durch Pfeile angedeutet ist. Der Abtrieb 120 ist ebenfalls mit dem Getriebe 130 gekoppelt und/oder wirkt mit diesem zusammen. Zudem weist der Aktuator 100 eine Federeinrichtung 140 auf, die mit dem Getriebe 130 zusammenwirkt und/oder mit diesem gekoppelt ist, wie dies in 1 durch Pfeile angedeutet ist. Die Federeinrichtung 140 ist wahlweise zumindest teilweise deaktivierbar und/oder überbrückbar, wie dies in 1 durch ein Schaltersymbol angedeutet ist. 1 bezeichnet auch mit entsprechenden Formelzeichen z.B. ein Antriebsmoment, ein Abtriebsmoment, eine Trägheit, eine Beschleunigung, usw.
Zum zumindest teilweisen Deaktivieren und/oder Überbrücken der Federeinrichtung 140 kann der Aktuator 100 wenigstens ein schaltbares, z.B. wahlweise, bedarfsweise, usw. schaltbares, Arretierungselement 150 aufweisen. Das Arretierungselement 150 kann dazu eingerichtet sein, die Federeinrichtung 140 wahlweise zumindest teilweise zu deaktivieren und/oder zu überbrücken.
Der Aktuator 100 kann ein Gehäuse 160 aufweisen. Die Antriebseinrichtung 110 kann an dem Gehäuse 160 abgestützt sein. Auch die Federeinrichtung 140 kann dazu an dem Gehäuse 160 abgestützt sein. Zudem kann das Arretierungselement 150 an dem Gehäuse 160 abgestützt sein.
Das Getriebe 130 weist eine Antriebsseite 132, eine Abtriebsseite 134 und eine Stegseite 136 auf. Lediglich exemplarisch kann die Antriebsseite 132 des Getriebes 130, z.B. ein erstes Getriebeelement, beispielsweise als Wave Generator ausgeführt sein. Die Abtriebsseite 134 des Getriebes 130, z.B. ein zweites Getriebeelement, kann beispielsweise als Flexspline ausgeführt sein. Die Stegseite 136 des Getriebes 130, z.B. ein drittes Getriebeelement, kann beispielsweise als Circular Spline ausgeführt sein. Es sei angemerkt, dass das Getriebe auch eine dazu ähnliche Ausgestaltung oder Bauweise aufweisen kann, bei der nur das grobe Prinzip von entsprechend zueinander beweglichen und teilweise festsetzbaren Getriebeelementen gegeben ist.
Das Arretierungselement 150 kann dazu eingerichtet, z.B. angeordnet und/oder ausgeführt, sein, die Stegseite 136 an oder gegenüber dem Gehäuse 160 zumindest teilweise festzusetzen und/oder zu fixieren. Damit kann die Federeinrichtung 140 zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt werden. Lediglich exemplarisch kann beispielsweise der Circular Spline des derart ausgeführten Getriebes 130 gegenüber oder an dem Gehäuse 160 zumindest teilweise festsetzbar und/oder fixierbar sein. Dies kann wahlweise, bedarfsweise, usw. geschaltet werden.
1 illustriert auch einen optionalen, exemplarischen Sensor 180, bei dem es sich beispielsweise um einen Drehmomentsensor, einen Positionssensor, oder dergleichen handeln kann.
2 zeigt in einer Draufsicht einen Schnitt einer lediglich exemplarischen Ausgestaltung des Aktuators 100, die das oben beschriebene Systemschema nochmals besser veranschaulichen soll.
Der Aktuator 100 weist das Gehäuse 160 auf. Nicht zu erkennen ist hier die Antriebseinrichtung 110, die sich jedoch an dem Gehäuse 160 abstützen kann. Auch nicht zu erkennen ist die Antriebsseite 132 des Getriebes, die hier lediglich exemplarisch als Wave Generator ausgeführt ist. 2 zeigt jedoch die Abtriebsseite 134 und die Stegseite 136 des Getriebes 130. Lediglich exemplarisch ist die Abtriebsseite 134 hier als Flexspline ausgeführt. Gleichermaßen ist die Stegseite 136 hier als Circular Spline ausgeführt. Der Abtrieb 120 ist mit der Abtriebsseite 134 gekoppelt. Der Aktuator weist exemplarisch zwei der Federeinrichtungen 140 auf, die zueinander antagonistisch angeordnet und/oder ausgeführt sind.
Jede der Federeinrichtungen 140 kann über ein Seilelement 170, z.B. ein Stahlseil oder dergleichen, mit der Stegseite 136, also z.B. dem Circular Spine, des Getriebes 130 gekoppelt. Beispielsweise kann die Stegseite 136 ein Scheibenelement 138 aufweisen. Das Scheibenelement 138 kann beispielsweise nach Art einer Riemenscheibe oder dergleichen ausgeführt sein. Ein jeweiliges Ende des jeweiligen Seilelements 170 kann an der Stegseite 136 und/oder dem Scheibenelement 138, z.B. an oder benachbart zu einer Umfangsseite desselben, terminiert, z.B. angeschlagen, angelenkt, usw., sein.
Jede der Federeinrichtungen 140 kann ein Federelement 141 aufweisen, das z.B. als Druckfeder oder dergleichen, ausgeführt sein kann. Zudem kann jede der Federeinrichtungen 140 eine Federbasis 142 und einen Druckstutzen 143 aufweisen. Das Federelement 141 kann zwischen der Federbasis 142 und dem Druckstutzen 143 angeordnet sein. Es kann sich an diesen jeweils abstützen. Das andere Ende des jeweiligen Seilelements 170 kann an dem Druckstutzen 143 terminiert sein. Der Druckstutzen 143 kann auf einer dem Getriebe 130 abgewandten Seite der Federeinrichtung 140 angeordnet sein. Die Federelemente 141 können unabhängig voneinander, d.h. einzeln, vorspannbar und/oder lösbar sein. Beispielsweise über jeweils zwei gekonterte Muttern, oder dergleichen kann eine Druckkraft von der Terminierung auf den jeweiligen Druckstutzen 143 übertragen werden. Die Federbasis 142 kann jeweils über eine oder mehrere Gewindestangen 144 mit dem Gehäuse 160 gekoppelt sein. Mittels mehrerer Schraubenmuttern 145 lässt sich der Abstand zwischen der Federbasis 142 und einem Seilauslass 146 verstellen. Dadurch kann z.B. die Vorspannung in beiden Federelementen 141 angepasst werden.
Beim zumindest teilweisen Deaktivieren und/oder Überbrücken der Federeinrichtung 140 kann dann nur noch eine Kraft resultierend aus dem Abstand zwischen der Federbasis 142 und dem Seilauslass 146 auftreten.
3 und 4 zeigen jeweils in einer perspektivischen Ansicht eine lediglich exemplarische Ausgestaltung des Aktuators 100, die das oben beschriebene Systemschema nochmals besser veranschaulichen soll.
In 3 ist eine mögliche Ausgestaltung des Arretierungselements 150 illustriert. Dieses kann beispielsweise stiftförmig ausgeführt sein. Das Arretierungselement 150 kann dazu eingerichtet sein, die Stegseite 136 des Getriebes 130 gegenüber dem Gehäuse 160 oder an diesem zumindest teilweise festzusetzen. Zudem ist in 3 eine Abtriebsschnittstelle 135 illustriert, über die sich der Aktuator 100 in einem robotischen System integrieren lässt. Des Weiteren ist in 3 der Sensor 180 illustriert. Außerdem ist in 3 eine Bremse 190 zum Bremsen der Antriebseinrichtung 100 illustriert. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind nicht sämtliche Elemente des Aktuators 100 bezeichnet.
In 4 sind beispielsweise die Antriebsseite 132 und die Abtriebsseite 134 des Getriebes 130 illustriert. Außerdem illustriert ist die Antriebseinrichtung 110. 4 illustriert auch den Sensor 180, der z.B. wenigstens einen Drehmomentsensor und/oder einen Positionssensor aufweisen kann. Der Aktuator 100 kann über eine Gehäuseschnittstelle 161 in ein robotischen System implementiert werden.
Ein mögliches Verfahren zum Verfahren zum Betreiben des Aktuators 100 kann wie nachfolgend beschrieben ablaufen. Es wird wenigstens ein elastischer Betriebsmodus des Aktuators 100 vorgehalten, wobei in dem wenigstens einen elastischen Betriebsmodus die wenigstens eine Federeinrichtung 140 des Aktuators 100 aktiviert und/oder wirksam ist. Es wird zudem wenigstens ein steifer Betriebsmodus des Aktuators 100 vorgehalten, wobei in dem wenigstens einen steifen Betriebsmodus die wenigstens eine Federeinrichtung 140 zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt ist. Der Aktuator 100 wird wahlweise in dem wenigstens einen elastischen Betriebsmodus oder dem wenigstens einen steifen Betriebsmodus betrieben.
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es auch Weiterbildungen und/oder Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweisen.
Aus den mit der Beschreibung, Absätze [0001] bis [0048], offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen Zusammenhangs alleine oder in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden.
Bezugszeichen

100: Aktuator
110: Antriebseinrichtung
120: Abtrieb
130: Getriebe
132: Antriebsseite
134: Abtriebsseite
135: Abtriebsschnittstelle
136: Stegseite
138: Scheibenelement
140: Federeinrichtung
141: Federelement
142: Federbasis
143: Druckstutzen
144: Gewindestange
145: Schraubenmutter
146: Seilauslass
150: Arretierungselement
160: Gehäuse
161: Gehäuseschnittstelle
170: Seilelement
180: Sensor

Claims

Aktuator (100) für einen Roboter, aufweisend eine Antriebseinrichtung (110), einen Abtrieb (120), und ein zwischen der Antriebseinrichtung (110) und dem Abtrieb (120) angeordnetes Getriebe (130) mit einer mit der Antriebseinrichtung (110) gekoppelten Antriebsseite (132), einer mit dem Abtrieb (120) gekoppelten Abtriebsseite (134) und einer mit wenigstens einer Federeinrichtung (140) gekoppelten Stegseite (136), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Federeinrichtung (140) wahlweise zumindest teilweise deaktivierbar und/oder überbrückbar ist.
Aktuator (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100) wahlweise zwischen wenigstens einem elastischen Betriebsmodus, in dem die wenigstens eine Federeinrichtung (140) aktiviert und/oder wirksam ist, und wenigstens einem steifen Betriebsmodus, in dem die wenigstens eine Federeinrichtung (140) zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt ist, hin und her schaltbar ist.
Aktuator (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100) wahlweise in wenigstens einem der folgenden Betriebsmodi betreibbar ist: erster elastischer Betriebsmodus, in dem die wenigstens eine Federeinrichtung (140) aktiviert und/oder wirksam ist und die Antriebseinrichtung (110) kontrolliert bremsbar ist, zweiter elastischer Betriebsmodus, in dem die wenigstens eine Federeinrichtung (140) aktiviert und/oder wirksam ist und ein abtriebsseitiges Drehmoment kontrollierbar ist, erster steifer Betriebsmodus, in dem die wenigstens eine Federeinrichtung (140) zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt ist und eine Drehmomentregelung ausführbar ist, und zweiter steifer Betriebsmodus, in dem die wenigstens eine Federeinrichtung (140) zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt ist und eine Positionsregelung ausführbar ist.
Aktuator (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegseite (136) zum wahlweisen zumindest teilweisen Deaktivieren und/oder Überbrücken der wenigstens einen Federeinrichtung (140) wahlweise an oder gegenüber einem Gehäuse (160) zumindest teilweise festsetzbar und/oder fixierbar ist.
Aktuator (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100) wenigstens ein schaltbares Arretierungselement (150) aufweist, das dazu eingerichtet ist, die Stegseite (136) an oder gegenüber einem Gehäuse (160) wahlweise zumindest teilweise festzusetzen und/oder zu fixieren.
Aktuator (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Arretierungselement (150) dazu eingerichtet ist, die Stegseite (136) formschlüssig, reibschlüssig und/oder elektromagnetisch zumindest teilweise festzusetzen und/oder zu fixieren.
Aktuator (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Arretierungselement (150) zum wahlweisen in Kontakt bringen und/oder in Eingriff bringen mit der Stegseite (136) angeordnet und/oder ausgeführt ist.
Aktuator (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Arretierungselement (150) stiftförmig ausgeführt ist.
Aktuator (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Federeinrichtung (140) wenigstens ein Federelement (141) aufweist, das als Druckfeder ausgeführt ist.
Aktuator (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Federeinrichtung (140) wenigstens zwei antagonistische Federelemente (141) aufweist, die in entgegengesetzte Umfangsrichtungen der Stegseite (136) wirksam sind.
Aktuator (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspannung des jeweiligen Federelements (141) unabhängig von dem anderen Federelement (141) einstellbar ist.
Aktuator (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100) wenigstens ein Seilelement (170) aufweist, das die Stegseite (136) und die wenigstens eine Federeinrichtung (140) miteinander koppelt.
Aktuator (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Seilelement (170) mit einem ersten Ende an der Stegseite (136) und mit einem zweiten Ende an der wenigstens einen Federeinrichtung (140) terminiert ist.
Aktuator (100) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Seilelement (170) über ein mit der Stegseite (136) drehfest verbundenes Scheibenelement (138) mit der Stegseite (136) gekoppelt ist.
Aktuator (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb (120) mit einem Drehmomentsensor (180) gekoppelt ist.
Aktuator (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (100) einen Positionssensor (180) aufweist, der dazu eingerichtet ist, wenigstens eines aus einer Auslenkung eines Federelements der wenigstens einen Federeinrichtung (140), einer auf die Antriebseinrichtung (110) bezogenen Position und einer auf den Abtrieb (120) bezogenen Position zu detektieren.
Robotergelenk, aufweisend wenigstens einen Aktuator (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Roboter, aufweisend wenigstens einen Aktuator (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16 und/oder aufweisend wenigstens ein Robotergelenk nach Anspruch 17.
Roboter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter mit einem oder mehreren Rädern und/oder einem oder mehreren Beinen ausgeführt ist und der wenigstens eine Aktuator (100) in einem entsprechenden Rad und/oder Bein implementiert ist.
Verfahren zum Betreiben eines Aktuators (100) für einen Roboter, wobei der Aktuator eine Antriebseinrichtung (110), einen Abtrieb (120), und ein zwischen der Antriebseinrichtung (110) und dem Abtrieb (120) angeordnetes Getriebe (130) mit einer mit der Antriebseinrichtung (110) gekoppelten Antriebsseite (132), einer mit dem Abtrieb (120) gekoppelten Abtriebsseite (134) und einer mit wenigstens einer Federeinrichtung (134) gekoppelten Stegseite (136) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Vorhalten von wenigstens einem elastischen Betriebsmodus des Aktuators (100), wobei in dem wenigstens einen elastischen Betriebsmodus die wenigstens eine Federeinrichtung (140) des Aktuators (100) aktiviert und/oder wirksam ist, Vorhalten von wenigstens einem steifen Betriebsmodus, wobei in dem wenigstens einen steifen Betriebsmodus die wenigstens eine Federeinrichtung (140) zumindest teilweise deaktiviert und/oder überbrückt ist, und wahlweises Betreiben des Aktuators (100) in dem wenigstens einen elastischen Betriebsmodus oder dem wenigstens einen steifen Betriebsmodus.