Antriebseinrichtung, Roboterarm und Verfahren zur Drehmoment messung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung, welche einen Antriebsmotor mit einer Antriebswelle aufweist, die bezüglich einer zentralen Achse drehbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Roboterarm mit einer solchen An triebseinrichtung sowie ein Verfahren zur Messung eines Dreh moments innerhalb einer Antriebseinrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Antriebseinrich tungen bekannt, bei welchen durch einen Antriebsmotor eine Antriebswelle rotierend bewegt wird. Hierdurch kann entweder direkt oder durch ein dazwischen geschaltetes Getriebe ein entsprechender Abtriebskörper in eine Drehbewegung versetzt werden. Solche Rotationsantriebe werden beispielsweise in zahlreichen industriellen Anwendungen, aber auch im Bereich der Elektromobilität oder auch für viele andere Anwendungen eingesetzt. Der Antriebsmotor ist dabei häufig ein Elektromo tor. Im industriellen Bereich werden zum Beispiel die Drehge lenke eines Roboterarms meist durch einen typischerweise hoch integrierten Rotationsantrieb bewegt. Vor allem im Bereich der Robotikantriebe, aber auch bei vielen anderen Anwendun gen, werden Messvorrichtungen benötigt, um den Systemzustand möglichst gut charakterisieren zu können. Gerade im Bereich der kollaborativen Roboter (englisch „Cobots"), welche in in dustriellen Prozessen gemeinsam mit Menschen Zusammenarbei ten, ist es besonders wichtig, den aktuellen Systemzustand möglichst präzise zu erfassen. Hierzu gehört auch die Messung eines in einem Robotikgelenk (oder innerhalb einer anderen Antriebseinrichtung) wirkenden Drehmoments.

Bei herkömmlichen Robotikantrieben existieren bereits Vor richtungen zur Messung von Drehmomenten. Diese sind jedoch meist nicht in die Antriebseinrichtung selbst integriert, sondern werden nachträglich als Mess-Aufsatz mit dieser ver- bunden. Ein solcher externer Aufsatz ist funktional vom eigentlichen Antrieb unabhängig, auch wenn er häufig eng mit dem Gelenk verbunden ist. So wird durch einen solchen Aufsatz ein außerhalb der eigentlichen Antriebseinrichtung wirkendes Drehmoment erfasst. Durch die beschriebene getrennte Reali sierung von Messvorrichtung und Antriebseinrichtung ist au ßerdem der benötigte Bauraum oft vergleichsweise groß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antriebseinrichtung anzugeben, welche die genannten Nachteile überwindet. Insbe sondere soll eine Antriebseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche die präzise Messung eines für die jeweilige Anwendung maßgeblichen Drehmoments mit einer möglichst kom pakten Ausführung ermöglicht. Eine weitere Aufgabe ist es, einen Roboterarm mit einer solchen Antriebseinrichtung sowie ein Verfahren zur Messung eines Drehmoments innerhalb einer Antriebseinrichtung anzugeben.

Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Antriebseinrichtung, den in Anspruch 14 beschriebenen Robo terarm und das in Anspruch 15 beschriebene Verfahren gelöst.

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung umfasst einen An triebsmotor mit einer Antriebswelle, die bezüglich einer zentralen Rotationsachse drehbar ist. Die Antriebseinrichtung umfasst weiterhin einen Grundhalter sowie eine Messvorrich tung zur Messung eines innerhalb der Antriebseinrichtung wir kenden Drehmoments. Die Messvorrichtung umfasst ein Speichen rad mit einer Nabe, einem radial außen liegenden Ring und ei ner Mehrzahl von Speichen, welche die Nabe und den außenlie genden Ring miteinander verbinden, und über deren Verformung das Drehmoment messbar ist. Dabei ist entweder die Nabe oder der außen liegende Ring fest mit dem Grundhalter verbunden.

Der Grundhalter dient zur Verbindung der Antriebsvorrichtung mit einer äußeren mechanischen Masse. Unter der mechanischen Masse wird dabei der mechanische Bezugspunkt für die jeweili ge Antriebs-Anwendung verstanden. Beispielsweise kann dies ein Sockel eines Robotergelenks oder eines anderen industri ellen Antriebs, das Fahrwerk eines Fahrzeugs oder auch ein anderer mechanischer Bezugspunkt sein. In jedem Fall dient der Grundhalter als innerer mechanischer Bezugspunkt für die Antriebseinrichtung, relativ zu dem sich ein Abtriebselement dreht.

Der Antriebsmotor kann insbesondere ein Elektromotor sein. Dieser kann insbesondere einen Rotor und einen Stator umfas sen.

Die Messvorrichtung zur Messung des Drehmoments ist in die Antriebseinrichtung integriert und im Unterschied dazu nicht als außenliegender Aufsatz an sie angekoppelt. Hierzu ist eines der beiden wesentlichen Referenzelemente der Messvor richtung, nämlich entweder die Nabe oder der außenliegende Ring des Speichenrads fest mit dem Grundhalter verbunden.

Das zentrale Element der Messvorrichtung zur Messung des Drehmoments ist das Speichenrad, welches insbesondere koaxial um die zentrale Achse A angeordnet ist. Dabei ist das Spei chenrad zur Übertragung eines innerhalb der Antriebseinrich tung wirkenden Drehmoments ausgebildet, wobei dieses Drehmo mente zwischen der innenliegenden Nabe und dem außenliegenden Ring übertragen wird. Es findet also eine Übertragung eines Drehmoments über die Speichen hinweg statt. Zur Messung des Drehmoments wird die dabei auftretende Verformung von einer oder mehreren Speichen gemessen. Dazu ist zumindest ein Teil der Speichen mit jeweils einem oder mehreren Sensoren verse hen, mittels derer eine Verformung der jeweiligen Speiche de- tektierbar ist. Eine solche Verformung kann insbesondere eine Dehnung oder eine Stauchung in einem Teilbereich der Speiche umfassen.

Wesentlich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist, dass entweder die Nabe oder der außenliegende Ring des Speichenrads fest mit dem Grundhalter verbunden ist. Das Speichenrad ist also im Verhältnis zu der oben beschriebenen mechanischen Masse gesehen im feststehenden Teil der An triebseinrichtung angebracht. Hierdurch wird eine stationäre Messung des Drehmoments ermöglicht. Ein Vorteil hierbei ist, dass der wenigstens eine Sensor zur Verformung der zugehöri gen Speiche über eine feste elektrische Verbindung (und nicht über einen Schleifring oder eine andere drahtlose Verbindung) mit einer zugehörigen Auslese- bzw. Auswerte-Einheit verbun den sein kann. Eine Übertragung des Sensorsignals von einem rotierenden System auf ein feststehendes System wird also vorteilhaft nicht benötigt. Das fest mit dem Grundhalter ver bundene Element des Speichenrads kann besonders bevorzugt die innenliegende Nabe sein. Dies ermöglicht insbesondere im Zu sammenspiel mit den weiter unten beschriebenen optionalen Elementen der Antriebseinrichtung (wie dem Getriebe und dem Radiallager des Abtriebskörpers) eine besonders kompakte In tegration in die Antriebseinrichtung. Dazu ist die Nabe ins besondere unmittelbar mit dem Grundhalter verbunden - also direkt und nicht über ein zusätzliches Zwischenteil. Mit an deren Worten ist dann die Nabe dann auch direkt auf ihrem eigenen inneren Radius (und nicht auf dem Außenradius, über die Speichen vermittelt) mit dem Grundhalter in Verbindung. Prinzipiell könnte aber bei einer alternativen Ausgestaltung auch der außenliegende Ring des Speichenrads fest und unmit telbar mit dem Grundhalter verbunden sein.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht vorteilhaft eine besonders kompakte Integration der Messvorrichtung zur Drehmomentmessung in den inneren Aufbau der Antriebseinrich tung. Hierdurch wird vorteilhaft die Messung eines innerhalb der Antriebseinrichtung wirkenden inneren Abstützmoments er möglicht. Dieses innere Abstützmoment kann insbesondere ein Abstützmoment eines optional innerhalb der Antriebseinrich tung vorhandenen Getriebes sein. Hierdurch kann innerhalb der Antriebseinrichtung ein Drehmoment gemessen werden, in wel ches sowohl das Motormoment als auch das Abtriebsmoment (also das Lastmoment) der Antriebseinrichtung eingeht. Ein solches inneres Abstützmoment ist vor allem für Anwendungen im Robo tik-Bereich eine wichtige Kenngröße. Vor allem in diesem Be- reich ist die kompakte Integration einer Drehmoment-Messvor richtung in die Antriebseinrichtung vorteilhaft, um insgesamt einen möglichst geringen Bauraum zu erreichen.

Der erfindungsgemäße Roboterarm umfasst ein oder mehrere Ro botikgelenke, von denen wenigstens eines eine erfindungsgemä ße Antriebseinrichtung aufweist. Die Vorteile eines solchen Roboterarms ergeben sich analog zu den weiter oben beschrie benen Vorteilen der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Messung eines Dreh moments innerhalb einer erfindungsgemäßen Antriebseinrich tung. Diese Messung erfolgt mittels der beschriebenen inte grierten Messvorrichtung, wobei das Drehmoment aus einem Messsignal ermittelt wird, welches durch eine Verformung von einer oder mehreren Speichen des Speichenrads beeinflusst wird. Bei einer solchen Verformung kann es sich insbesondere um eine Dehnung und/oder Stauchung der entsprechenden Speiche handeln. Auch die Vorteile des Verfahrens ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen An triebseinrichtung .

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschrie benen Ausgestaltungen der Antriebseinrichtung, des Roboter arms und des Messverfahrens allgemein vorteilhaft miteinander kombiniert werden.

Allgemein vorteilhaft kann die Antriebseinrichtung ein An triebsgehäuse umfassen, welches zumindest den Antriebsmotor und das Speichenrad gemeinsam umschließt. Durch dieses An triebsgehäuse wird die Antriebseinrichtung gegen die äußere Umgebung gekapselt. Durch die Tatsache, dass auch das Spei chenrad als Teil der Messvorrichtung für das Drehmoment in nerhalb des Gehäuses liegt, wird deutlich, dass diese Mess vorrichtung insbesondere nicht als externer Aufsatz reali siert ist, sondern tatsächlich innerhalb der Antriebseinrich- tung integriert ist. Das Antriebsgehäuse kann dabei vorteil haft auch die zusätzlichen optionalen Elemente umschließen, welche weiter unten beschrieben werden. Dies sind insbesonde re ein Getriebe, eine Bremse, zumindest ein Teilabschnitt einer Abtriebswelle und/oder zumindest ein Teilbereich des Grundhalters. Dabei ist insbesondere ein optional vorliegen des Scheibenelement des Grundhalters vorteilhaft ebenfalls innerhalb des Antriebsgehäuses angeordnet. Dagegen kann ein optional vorliegendes radial außenliegendes Kopplungselement bzw. Sockelelement des Grundhalters bevorzugt außerhalb oder zumindest im Randbereich des Antriebsgehäuses liegen. So kann auch ein Teilbereich des Grundhalters zusammen mit dem Gehäu se die äußere Kapselung ausbilden und/oder bezüglich der Außenkontur in die übrigen Teile des Gehäuses übergehen, so dass ein Teil des Grundhalters auch als Bestandteil des Ge häuses angesehen werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Grundhalter ein Scheibenelement aufweisen, welches senkrecht zur zentralen Achse ausgerichtet ist. Dieses Scheibenelement kann insbesondere fest mit der Nabe des Speichenrads verbun den sein. Dieses Scheibenelement bildet dann eine Art innen liegende Wand aus, welche insbesondere kreisförmig und koaxi al um die zentrale Achse angeordnet ist. Es kann sich dabei vorteilhaft um ein ringförmiges Scheibenelement handeln, bei dem im Bereich der zentralen Achse A eine Aussparung gebildet ist, durch welche weitere Elemente in axialer Richtung ge führt werden können. Zusätzlich zu diesem Scheibenelement kann der Grundhalter ein radial außenliegendes Kopplungsele ment aufweisen, welches zur Verbindung mit einer außenliegen den mechanischen Masse vorgesehen ist - also insbesondere einen Sockel. Diese Verbindung kann beispielsweise durch ei nen Flansch realisiert werden.

Gemäß einer weiteren allgemein vorteilhaften Ausführungsform weist die Antriebseinrichtung zusätzlich ein Getriebe auf, wobei das Getriebe ein Fest-Element, ein Antriebs-Element und ein Abtriebs-Element umfassen kann. Dabei ist das Antriebs- Element insbesondere drehmomentübertragend mit der Antriebs welle des Antriebsmotors verbunden. Das Fest-Element ist vor teilhaft mit dem außenliegenden Ring des Speichenrads verbun den. Allgemein ist die Integration eines Getriebes in die An triebseinrichtung dann zweckmäßig, wenn zwischen der An triebswelle des Motors und einem optional vorliegenden zu sätzlichen Abtriebskörper eine Erhöhung oder Erniedrigung der Drehzahl erreicht werden soll. Dabei wird auch das abtriebs seitige Drehmoment verändert. Das allgemeine Prinzip der in ternen Drehmomente kann aber prinzipiell auch bei einem Di rektantrieb zum Einsatz kommen - also einer Antriebsvorrich tung, welche kein solches Getriebe umfasst.

Das Fest-Element des optional vorhandenen Getriebes dient zu dessen Verbindung mit der mechanischen Masse der Antriebsein richtung. Insbesondere liegt bei dieser Ausführungsvariante eine feste und direkte

Verbindung zwischen dem Fest-Element des Getriebes und dem außenliegenden Ring des Speichenrads vor. Auf diese Weise kann besonders einfach und bei gleichzeitig kompakter Ausfüh rung der Messvorrichtung ein Getriebeabstützmoment gemessen werden. Allgemein gilt, dass an einem solchen Getriebe bilan ziert die Summe aus Getriebeabstützmoment, Abtriebsmoment und Motormoment insgesamt Null ergibt. Aus dieser Betrachtung folgt auch, dass in das gemessene Getriebeabstützmoment nicht nur das Motormoment, sondern auch das Abtriebsmoment (als Lastmoment des Abtriebs) eingeht. Diese Art der integrierten Momentenmessung ermöglicht die Bestimmung eines echten Belas tungszustands der Antriebseinrichtung. Beispielsweise kann bei der Verwendung einer solchen Antriebseinrichtung in einem Roboterarm damit ein Belastungszustand bestimmt werden, in welchen Effekte durch die Eigenmasse des Roboterarms und auch dessen äußere Belastungen eingehen.

Das Getriebe der Antriebseinrichtung kann beispielsweise vor teilhaft ein Harmonie Drive Getriebe sein. Insbesondere kann dann das Fest-Element durch einen Circular Spline des Harmo nie Drive Getriebes gebildet sein. Das Antriebs-Element kann durch einen Wave Generator und das Abtriebs-Element kann durch einen Flex Spline dieses Getriebes gebildet sein. Ein solches Harmonie Drive Getriebe ermöglicht insbesondere die Realisierung einer Antriebseinrichtung mit einem relativ ho hen Übersetzungsverhältnis. So kann mit einem solchen Getrie be die Drehzahl zwischen Antrieb und Abtrieb beispielsweise um etwa einen Faktor 100 reduziert werden. Alternativ sind aber auch andere Ausgestaltung des Getriebes möglich, bei spielsweise als Planetengetriebe.

Bei einer allgemein besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Antriebseinrichtung zusätzlich zu einem Scheiben element des Grundhalters und einem Getriebe außerdem einen Abtriebskörper auf, welcher mittels eines Radiallagers dreh bar gelagert ist. Der Abtriebskörper kann eine Abtriebswelle umfassen, über die das Abtriebsdrehmoment ausgeleitet wird. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn das Scheibenelement des Grundhalters axial zwischen dem Getriebe und dem Radial lager des Abtriebskörpers angeordnet ist. Diese axiale Abfol ge, bei der das Scheibenelement derart zwischen die anderen Elemente eingebettet ist, ermöglicht eine besonders kompakte Integration der Messvorrichtung für die (innenliegende) Dreh momentmessung. Es wird dann ein Getriebeabstützmoment gemes sen, welches durch das Speichenrad zwischen dem Fest-Element des Getriebes und dem Scheibenelement des Grundhalters über tragen wird.

Das Radiallager des Abtriebskörpers ist vorteilhaft ein Wälz lager, insbesondere ein Rollenlager und besonders vorteilhaft ein Kreuzrollenlager. Der Abtriebskörper kann insbesondere als Hohlwelle ausgebildet sein, wobei dann durch den Innen raum der Hohlwelle weitere Elemente geführt werden können, beispielsweise ein oder mehrere elektrische Verbindungslei tungen.

Allgemein vorteilhaft ist die Nabe des Speichenrads ringför mig ausgestaltet und weist eine Aussparung im Bereich der zentralen Achse auf. Mit anderen Worten ist die Nabe dann ein radial innenliegender Ring. Durch die Aussparung der Nabe können elektrische Verbindungsleitungen und/oder ein Ab triebskörper hindurchgeführt sein. Insbesondere kann eine mit dem Abtriebs-Element des Getriebes verbundene Abtriebswelle auf diese Weise durch die Drehmoment-Messvorrichtung hindurch auf die dem Motor axial gegenüberliegende Seite der Antriebs einrichtung hindurchgeführt werden - also auf die Abtriebs seite. Damit wird eine besonders kompakte und eng integrier te, axial innenliegende Ausgestaltung der Messvorrichtung für das Drehmoment ermöglicht. Auch das Scheibenelement des Grundhalters weist vorteilhaft eine solche zentrale Ausspa rung auf, so dass Kabel und/oder Abtriebskörper sowohl durch das Speichenrad als auch durch den Grundhalter hindurchge führt werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind das Getriebe und das Speichenrad derart ineinandergeschachtelt, dass sie sich zumindest in einem axialen Teilbereich axial überlappen. Auch dies ermöglicht eine besonders kompakte Integration des Getriebes und der Messvorrichtung für das Drehmoment. Beson ders vorteilhaft ist es bei dieser Ausführungsform, wenn das Speichenrad im Bereich des außenliegenden Rings einen Vor sprung aufweist, welcher das Getriebe zumindest teilweise ra dial umgibt. Dieser Vorsprung kann sich insbesondere auf den gesamten außenliegenden Ring erstrecken, alternativ aber auch nur auf einen radialen Teil davon. Im erstgenannten Fall ist der ganze außenliegende Ring in Richtung des Getriebes axial länger als die Nabe, sodass dieser Vorsprung zumindest einen Teil des Getriebes ringförmig umhüllt. Ein optional vorlie gender Lochkranz des außenliegenden Rings (welcher zur festen drehmomentübertragenden Verbindung mit dem Fest-Element des Getriebes mittels Schrauben und/oder Bolzen vorgesehen ist) kann sich dann insbesondere in axialer Richtung durch diesen hülsenartigen Vorsprung hindurch erstrecken.

Gemäß einer weiteren allgemein vorteilhaften Ausführungsform weist alternativ oder zusätzlich auch das Scheibenelement des Grundhalters in seinem radial außenliegenden Bereich einen axialen Vorsprung in Richtung des Getriebes auf, sodass die- ser axiale Vorsprung das Speichenrad und/oder das Getriebe radial umgibt. Besonders vorteilhaft umgibt dieser Vorsprung des Scheibenelements sowohl einen wesentlichen Teil des Spei- chenrads als auch einen axialen Teilbereich des Getriebes hülsenartig. Auch dies erlaubt insgesamt eine besonders kom pakte Integration des Getriebes mit der Messvorrichtung (in klusive der Drehmomentabstützung des Getriebes).

Weiterhin ist es allgemein vorteilhaft, wenn ein feststehen der Teil des Antriebsmotors mechanisch fest mit dem Grundhal ter verbunden ist. So kann insbesondere der Stator eines Elektromotors zusätzlich gegen den Grundhalter abgestützt sein. Bei den Ausführungsformen mit einem Getriebe sind dann insbesondere das Fest-Element des Getriebes und der Stator des Elektromotors gegen den Grundhalter als gemeinsame mecha nische Masse abgestützt.

Optional kann in axialer Richtung zwischen dem Motor und dem Getriebe eine Bremse angeordnet sein. Diese Bremse kann um die Antriebswelle herum angeordnet sein, sodass mit ihr die Drehung der Antriebswelle abgebremst beziehungsweise gestoppt werden kann. Eine solche Bremse ermöglicht es, die von der Antriebseinrichtung bewirkte Bewegung insbesondere in einem Störfall anzuhalten. Dies ist beispielsweise bei der Anwen dung einer solchen Antriebseinrichtung in einem Robotikgelenk besonders vorteilhaft. Vor allem bei Roboterarmen, welche als kollaborative Roboter mit menschlichen Arbeitskräften Zusam menarbeiten, sind solche Sicherheitsmechanismen besonders re levant. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen bezüglich der Bremse und auch bezüglich der Antriebsvorrichtung allgemein sind in der von derselben Anmelderin am selben Anmeldetag eingereichten Anmeldung mit dem Titel „Antriebseinrichtung für ein Robotikgelenk" beschrieben, welche daher in den In halt der vorliegenden Anmeldung einbezogen sein soll.

Zur Übertragung eines Drehmoments mittels des Speichenrads werden feste, drehmomentübertragende Verbindungen zwischen dem außenliegenden Ring beziehungsweise der Nabe und den je- weiligen benachbarten Elementen benötigt. So kann insbesonde re das Scheibenelement des Grundhalters mit der Nabe des Speichenrads fest verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der außenliegende Ring des Speichenrads mit dem Fest- Element des Getriebes fest verbunden sein. Diese festen dreh momentübertragenden Verbindungen können jeweils durch eine formschlüssige Verbindung realisiert sein. Beispielsweise kann die Verbindung durch zueinander passende Lochkränze und darin geführte Schrauben oder Bolzen realisiert sein. Alter nativ oder zusätzlich kann sie auch durch eine passförmige Polygonverbindung oder Verzahnung der jeweils miteinander zu verbindenden Elemente realisiert sein. Eine solche Polygon verbindung oder Verzahnung ist vor allem im Bereich der Nabe sinnvoll, da hier eine Drehmomentübertragung auf einem ver gleichsweise geringen Radius erfolgen muss.

Es ist allgemein bevorzugt, wenn der Übergang zwischen den Speichen und dem außenliegenden Ring auf einem ersten Radius liegt, welcher wenigstens 70% des Außenradius der Antriebs einrichtung beträgt, besonders vorteilhaft sogar wenigstens 75% oder sogar 80% und mehr. Der beschriebene Übergang kann entweder auf demselben Radius liegen wie der Innenradius des außenliegenden Rings oder aber er kann gegenüber diesem radi al versetzt sein. Insbesondere kann der Übergangsbereich ra dial nach außen hin versetzt sein, um eine vergrößerte radia le Länge für die drehmomentübertragenden Speichen zu errei chen. In dem beschriebenen Bereich für den Radius des Über gangspunkts wird eine besonders empfindliche Drehmomentmes sung erreicht, weil das Drehmoment mit dem Speichenrad zwi schen zwei radial weit auseinanderliegenden Stellen übertra gen wird. In ähnlicher Weise ist es auch allgemein vorteil haft, wenn der Übergang zwischen den Speichen und der Nabe auf einem zweiten Radius liegt, welcher höchstens 55% und insbesondere sogar nur höchstens 45% des Außendurchmessers beträgt. Insgesamt sind das zugrundeliegende Messprinzip und der allgemeine Aufbau der Messvorrichtung sehr leicht auf verschiedene absolute Radien skalierbar. Zur Messung des Drehmoments kann zumindest ein Teil der Spei chen mit einem oder mehreren Dehnmessstreifen (DMS) versehen sein. Dies ermöglicht eine Drehmomentmessung mit einem ver gleichsweise einfachen apparativen Aufbau. Solche Dehnmess streifen können beispielsweise nur an einer der Speichen oder aber auch an mehreren Speichen angeordnet sein. Die jeweili gen Dehnmessstreifen können entweder als Einfach-Streifen oder auch als Mehrfach-Streifen (z.B. mit mehreren mäander förmigen Leiterstrukturen und mehreren elektrischen An schlusspaaren) ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung als Doppel-Dehnmessstreifen, um auf einfache Weise eine Mittelung des Signals für zwei eng benachbarte Po sitionen zu ermöglichen. Allgemein vorteilhaft können die elektrischen Anschlüsse der jeweiligen Dehnmessstreifen zur Auslesung der Signale mit einer elektrischen Brückenschaltung miteinander verschaltet sein. Beispielsweise können die Sig nale von insgesamt acht elektrischen Anschlusspaaren (also von acht einzelnen Dehnmessstreifen oder vier Doppel-Dehn messstreifen) über eine doppelte Vollbrücke miteinander ver schaltet sein. Alternativ zu den beschriebenen Dehnmessstrei fen kann die Längenänderung der Speichen aber auch auf andere Weise ermittelt werden, beispielsweise über eine magneto striktive Messung oder über die Messung mittels einer Faser optik.

Wenn für die Messung ein oder mehrere Dehnmessstreifen einge setzt werden, dann können diese vorteilhaft auf einer azimu talen Begrenzungsfläche der zugehörigen Speiche angeordnet sein. Besonders vorteilhaft kann dabei die jeweilige Speiche auf beiden azimutalen Seiten solche gegenüberliegenden Dehn messstreifen aufweisen. Allgemein erlaubt es die azimutale Anordnung, dass die Dehnmessstreifen leicht entlang der Hauptrichtung der Speiche ausgerichtet werden können, weil eine winkelgetreue schräge Einbaulage nicht erforderlich ist. Die Hauptrichtung der einzelnen Dehnmessstreifen verläuft al so insbesondere in radialer Richtung. Auf diese Weise kann eine eindeutige Messung bezüglich eines klar definierten ein achsigen Belastungszustands erfolgen - nämlich die Messung einer lokalen radialen Längenänderung entlang der Speiche. Dabei wird durch die azimutale Anordnung (im Unterschied zu einer axialen, stirnseitigen Anordnung) des Dehnmessstreifens die Bestimmung der Drehrichtung ermöglicht. Je nach Drehrich tung erfolgt nämlich für eine gegebene azimutale Seite einer Speiche nämlich entweder eine Stauchung oder eine Streckung.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung kommen bei Anwendun gen im Bereich der Robotik besonders wirksam zum Tragen. Da her kann eine solche Antriebseinrichtung insbesondere eine Antriebseinrichtung für ein Robotikgelenk in einem Roboterarm sein. Es kommen aber auch zahlreiche andere vorteilhafte An wendungen in Betracht, beispielsweise andere industrielle An triebe und/oder Antriebe in fahrerlosen Transportfahrzeugen (Automated Guided Vehicles) sowie in sonstigen Elektrofahr zeugen. Bei diesen Anwendungen erweist sich die kompakte In tegration einer Drehmomentmessung direkt in den Antrieb als vorteilhaft .

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Roboterarms können auch mehrere und insbesondere sogar alle der vorlie genden Robotikgelenke mit einer erfindungsgemäßen Antriebs einrichtung ausgestattet sein. Die Messung der inneren Dreh momente in mehreren (insbesondere allen) solchen Gelenken er möglicht die Messung eines echten Belastungszustands des ge samten Roboterarms, inklusive der durch die Eigenmasse und die äußeren Belastungen des Arms verursachten Effekte.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann das Messsignal ein mittels eines oder mehrerer Dehnmessstrei fen gemessenes elektrisches Signal sein. Insbesondere kann es sich um eine verformungsabhängige Messung des elektrischen Widerstands von einem oder mehreren Dehnmessstreifen handeln.

Allgemein vorteilhaft und unabhängig von der genauen Messme thode können bei der Drehmomentmessung mehrere Einzelsignale miteinander gemittelt werden. Dies kann beispielsweise vor teilhaft über eine Brückenschaltung erfolgen. Optional kann zusätzlich zu der Drehmomentmessung innerhalb der Antriebseinrichtung eine Winkelmessung und/oder eine Drehzahlmessung erfolgen. Eine solche gleichzeitige Winkel messung wird dabei von der Drehmomentmessung aufgrund der vergleichsweise geringen Deformation des Speichenrades nur unwesentlich beeinflusst. Mit anderen Worten kann die Winkel verformung des Speichenrads und die daraus resultierende Ver zerrung der relativen räumlichen Anordnung von anderen Kompo nenten zueinander im Zusammenhang mit der Winkelmessung im Wesentlichen vernachlässigt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt einer Antriebsein richtung nach einem ersten Beispiel der Erfindung zeigt,

Figur 2 einen Längsschnitt für Teilelemente eines zweiten Ausführungsbeispiels zeigt,

Figur 3 einen Längsschnitt für eine Untermenge der Teilele mente der Figur 2 zeigt,

Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines Speichenrads zeigt,

Figur 5 einen schematischen Querschnitt des Speichenrads der Figur 4 zeigt,

Figur 6 einen schematischen Längsschnitt des Speichenrads der Figuren 4 und 5 zeigt,

Figur 7 einen beispielhaften Belastungszustand eines solchen Speichenrads zeigt,

Figur 8 eine Aufsicht eines Doppel-Dehnmessstreifens zeigt,

Figur 9 eine schematische Darstellung einer Brückenschaltung zur Auslesung von vier solchen Doppel- Dehnmessstreifen zeigt und

Figur 10 eine schematische perspektivische Darstellung eines Roboterarms zeigt. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist eine Antriebseinrichtung 1 nach einem ersten Beispiel der Erfindung gezeigt. Gezeigt ist ein schematischer Längsschnitt entlang der zentralen Achse A. Die Antriebsein richtung 1 umfasst ein Antriebsgehäuse 3, welches einen An triebsmotor 5, ein Getriebe 50, eine Messvorrichtung 30 zur Messung eines inneren Drehmoments und weitere, teils optiona le Komponenten umschließt. Es handelt sich also um eine hoch integrierte Antriebsvorrichtung, welche in dem Beispiel auch äußerst kompakt ausgebildet ist. Das von dem Antriebsmotor 5 erzeugte Drehmoment wird über eine Antriebswelle 7 ausgelei tet und auf ein Antriebs-Element 52 des Getriebes 50 übertra gen. Die Antriebswelle 7 ist bezüglich der zentralen Achse A der Antriebseinrichtung 1 drehbar angeordnet. Insgesamt weist die Antriebseinrichtung 1 ein motorseitige axiales Ende al und ein abtriebsseitiges axiales Ende a2 auf.

Das Getriebe 50 umfasst als wesentliche Bestandteile neben dem Antriebs-Element 52 auch ein Abtriebs-Element 53 und ein Fest-Element 51. Im gezeigten Beispiel ist das Getriebe 50 als Harmonie Drive Getriebe ausgestaltet, wobei das Antriebs- Element 52 den Wave Generator, das Abtriebs-Element 53 den Flex Spline und das Fest-Element 51 den Circular Spline die ses Getriebes bildet. Der Flex Spline umfasst dabei ein büch senartig geformtes Teilelement 53a, welches drehmomentüber tragend mit einem Abtriebskörper 40 verbunden ist. Dieser Ab triebskörper 40 ist hier schematisch als rotationssymmetri sche Abtriebswelle gezeigt. Die rechts dargestellte gestri chelte Linie kann dabei entweder für einen rotierenden, radi al erweiterten Teil des Abtriebskörpers oder für einen fest stehenden Gehäuseteil stehen - je nach radialer Größe des drehenden Elements auf der Abtriebsseite a2.

Die Antriebseinrichtung 1 umfasst weiterhin einen Grundhalter 20, welcher insbesondere zur Verbindung mit einer äußeren me chanischen Masse ausgelegt ist. Dieser Grundhalter 20 bildet also eine Art mechanischen Referenzkörper der Antriebsein richtung 1, gegen den die übrigen Elemente abgestützt sind.

So ist beispielsweise auch der Antriebsmotor 5 über ein hier nur äußerst schematisch dargestelltes Abstützelement 9 mecha nisch gegen einen Sockel 21 dieses Grundhalters abgestützt. Dieser Sockel 21 liegt in einem radial äußeren Bereich der gesamten Antriebseinrichtung 1 und ist zur Verbindung mit außenliegenden Elementen ausgestaltet, beispielsweise über einen Flansch.

Die Antriebseinrichtung 1 umfasst eine Messvorrichtung zur Messung eines innerhalb der Antriebseinrichtung wirkenden Drehmoments. Einen wesentlicher Teil dieser Messvorrichtung bildet ein Speichenrad 31. Dieses Speichenrad 31 ist zur Übertragung eines Drehmoments zwischen einem radial inneren und einem radial äußeren Bereich ausgebildet, wie im Zusam menhang mit den Figuren 4 bis 7 noch deutlicher werden wird. Das durch das Speichenrad übertragene Drehmoment ist die Grö ße, welche durch die Messvorrichtung gemessen wird. Es han delt sich dabei im vorliegenden Beispiel um ein Abstützmoment des Getriebes 50 gegen den Grundhalter 20. Um die Messung dieser Größe zu ermöglichen, ist der radial äußere Bereich des Speichenrads 31 fest und drehmomentübertragend mit dem Fest-Element 51 des Getriebes 50 verbunden. Diese feste Ver bindung wird beispielsweise über einen äußeren Lochkranz 38 vermittelt. Außerdem ist der radial innere Bereich des Spei chenrads 31 fest und drehmomentübertragend mit dem Grundhal ter 20 verbunden. Diese feste Verbindung wird beispielsweise über einen inneren Lochkranz 39 vermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann sie aber auch durch andere Arten der Verbin dung, insbesondere über eine hier nicht näher dargestellte Verzahnung vermittelt sein.

Um die feste Verbindung mit dem radial inneren Teil des Spei chenrads 31 zu ermöglichen, weist der Grundhalter in diesem Beispiel ein Scheibenelement 22 auf, welches senkrecht zur zentralen Achse A ausgerichtet ist. Dieses Scheibenelement 22 liegt insbesondere parallel zur Hauptebene des Speichenrads 31. Es kann ebenso wie das Speichenrad 31 im Wesentlichen konzentrisch um die zentrale Achse A angeordnet sein. Wesent lich ist vor allem, dass das Scheibenelement 22 eine kompakte Realisierung einer festen drehmomentübertragenden Verbindung zwischen dem Grundhalter 20 und dem inneren Bereich des Spei chenrad das 31 ermöglicht. Beim Beispiel der Figur 1 weist das Scheibenelement 22 eine axial innenliegende Aussparung 23 auf, durch welche die Abtriebswelle 40 geführt ist. Entspre chend weist das Speichenrad eine ähnliche innenliegende Aus sparung 35 auf, sodass sich die Abtriebswelle 40 sowohl durch das Speichenrad 31 als auch durch das Scheibenelement 22 hin durch von dem Getriebe 50 zum abtriebsseitigen Ende a2 der Antriebsvorrichtung erstrecken kann.

Das Scheibenelement 22 weist in seinem radial außenliegenden Bereich einen Vorsprung 22a auf, welcher sich in axialer Richtung zum motorseitigen Ende al hin erstreckt. Hierdurch wird erreicht, dass der axiale Bereich a22 des Scheibenele ments vergrößert ist und der Grundhalter 20 das Speichenrad 31 zumindest teilweise hülsenartig umschließt. In ähnlicher Weise weist auch das Speichenrad 31 einen axialen Vorsprung 32a auf, so dass der axiale Bereich a31 des Speichenrads ver größert ist und zumindest die Büchse 53a des Abtriebs-Ele ments des Getriebes hülsenartig umschließt. Der Bereich a31 überlappt also zumindest teilweise mit dem axialen Bereich a50 des Getriebes. Hierdurch wird eine sehr kompakte und me chanisch stabile Gesamtanordnung erzielt.

In Figur 2 ist ein schematischer Längsschnitt für Teilelemen te einer Antriebseinrichtung 1 nach einem zweiten Beispiel der Erfindung gezeigt. Die Antriebseinrichtung ist (auch be züglich der nicht dargestellten Elemente) insgesamt ähnlich aufgebaut wie die Antriebseinrichtung der Figur 1. Im Unter schied zu dieser ist die Abtriebswelle 40 insgesamt als Hohl welle ausgebildet, welche sich vom motorseitigen Ende al aus (zumindest) durch das Getriebe 50, durch das Speichenrad 31 und durch das Scheibenelement 22 des Grundhalters hindurch zum abtriebsseitigen Ende a2 erstreckt. Diese Ausführungsform bewirkt den Vorteil, dass durch die innere Aussparung 41 der Hohlwelle 40 weitere Elemente hindurchgeführt sein können, beispielsweise eine elektrische Verbindungsleitung 42. Die Abtriebswelle 40 ist hier mittels eines Radiallagers 43 gegen die hier nicht näher dargestellten, außenliegenden festen Teile der Antriebseinrichtung drehbar gelagert. Bei dem Radi allager kann es sich beispielsweise um ein Kreuzrollenlager handeln. Ein ähnliches Radiallager kann auch zur Lagerung der zentralen Abtriebswelle im Beispiel der Figur 1 vorgesehen sein und ist dort nur der Übersichtlichkeit halber nicht dar gestellt. Bei allen Ausführungsformen soll aber das Scheiben element 22 des Grundhalters 20 axial zwischen dem Getriebe 50 und dem Lager 43 der Abtriebswelle 40 angeordnet sein. Das Radiallager 43 kann allgemein vorteilhaft auf einem ver gleichsweise großen Radius liegen, also insbesondere auch weiter außen als in Figur 2 schematisch angedeutet ist.

In Figur 2 ist bei dem Getriebe 50 das Antriebs-Element 52 der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Der axiale Teilbe reich, in dem Getriebe 50 und Speichenrad 31 axial überlap pen, ist mit a3 bezeichnet. Der Bereich des außenliegenden Rings des Speichenrads ist mit 32 bezeichnet, der Bereich der (hier ringförmigen) Nabe mit 33 und der radiale Bereich der Speichen mit 34.

Die Abtriebswelle kann sich allgemein auch ganz bis zum mo torseitigen Ende al der Antriebsvorrichtung erstrecken, also insbesondere auch durch das Getriebe und sogar durch den An triebsmotor hindurch. Dabei kann die Abtriebswelle prinzipi ell entweder hohl oder massiv ausgestaltet sein. Eine Hin durchführung der Abtriebswelle ganz bis zum motorseitigen axialen Ende al ermöglicht es, auf dieser Seite zusätzlich auf relativ einfache Weise eine Winkelmessung und/oder Dreh zahlmessung für die Bewegung des Abtriebs durchzuführen, ins besondere mit einem axial außenliegenden Sensor. Durch die vergleichsweise geringe Verwindung des Speichenrads 31 bei der Messung des Drehmoments wird eine solche Winkel- bzw. Drehzahlmessung vorteilhaft nur unwesentlich beeinflusst. Um die Abtriebswelle 40 ganz bis zum motorseitigen Ende al durch die Antriebsvorrichtung hindurchzuführen ist es allgemein vorteilhaft, wenn die (in Figur 1 dargestellte) Antriebswelle 7 als Hohlwelle ausgeführt ist. Dann kann die Antriebswelle 40 beispielsweise koaxial innerhalb der Antriebswelle 7 ge führt sein.

In Figur 3 ist ein Längsschnitt durch die Antriebseinrichtung nach dem Beispiel der Figur 2 gezeigt, wobei die Ansicht auf den Grundhalter 20 und das Speichenrad 31 beschränkt ist. Die Verbindung dieser beiden Elemente wird durch den inneren Lochkranz 39 und/oder eine hier nicht näher dargestellte Ver zahnung oder eine andere formschlüssige Verbindung bewirkt. Der axiale Teilbereich, in dem der axiale Vorsprung 22a des Scheibenelements 22 das Speichenrad 31 hülsenartig um schließt, ist hier mit a4 bezeichnet. Der innenliegende Hohl raum des Speichenrads, der durch den axialen Vorsprung 32a des äußeren Rings gebildet wird, ist mit 32b bezeichnet. In diesen inneren Hohlraum 32b ist gemäß Fig. 2 zumindest ein Teil des Getriebes 50 eingelegt - insbesondere die Büchse 53a des Flex Splines.

In den Figuren 4 bis 7 sind verschiedene Einzelansichten eines Speichenrades 31 gezeigt, wie es insbesondere in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 zum Einsatz kommen kann. Dieses Speichenrad 31 umfasst einen außenliegenden Ring 32, eine hier ringförmig ausgebildeten Nabe 33 und vier Spei chen 34, welche sich jeweils in radialer Richtung zwischen den beiden ringförmigen Elementen 32 und 33 erstrecken. Die Messung des Drehmoments erfolgt über ein oder mehrere Senso ren 36, welche zumindest auf einem Teil der Speichen 34 ange bracht sind und zur Messung einer Verformung (insbesondere einer Dehnung bzw. Stauchung) der jeweiligen Speiche ausge legt sind. Prinzipiell können solche Sensoren entweder auf einer azimutalen Begrenzungsfläche 34a und/oder auf einer axialen Begrenzungsfläche 34b der jeweiligen Speiche angeord net sein. Beim dem in Figur 5 näher illustrierten Beispiel sind die Sensoren auf den azimutalen Begrenzungsflächen 34a von zwei Speichen angeordnet. Dies bewirkt den Vorteil, dass durch die Bestimmung derjenigen Seite einer Speiche, die ge dehnt bzw. gestaucht wird, in direkter und einfacher Weise eine Bestimmung des Vorzeichens des Drehmoments ermöglicht wird.

In Figur 5 ist eine Ausführungsform eines Speichenrads 31 dargestellt, bei dem die beiden senkrecht ausgerichteten Speichen jeweils links und rechts mit solchen Sensoren ausge stattet sind. Bei den Sensoren handelt es sich hier jeweils um Dehnmessstreifen (DMS), welche über eine Änderung eines Widerstands eine einfache und äußerst empfindliche und genaue Messung von Längenänderungen im Sub-Promille-Bereich ermögli chen. Beim Beispiel der Figur 5 liegen also insgesamt vier solche Dehnmessstreifen vor: Dia, Dlb rechts und links auf der oben dargestellten Speiche und D2a, D2b rechts und links auf der unten dargestellten Speiche. Durch elektrische Ausle sung und Mittelung der entsprechenden vier Signale kann eine sehr genaue Bestimmung des mittels der Speichen übertragenen inneren Drehmoments (inklusive seines Vorzeichens) erfolgen. Figur 6 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch das Speichenrad der Figur 5, und zwar entlang der Schnittebene VI-VI, welche zwei der Dehnmessstreifen enthält.

In Figur 7 ist ein beispielhafter Belastungszustands eines solchen Speichenrads 31 im schematischen Querschnitt gezeigt. Gezeigt ist ein Belastungszustand durch ein inneres Drehmo ment M der Antriebseinrichtung, wobei der außenliegende Ring 32 im Verhältnis zur innen liegenden Nabe 33 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Hierdurch wird beispielsweise bei der im oberen Bereich der Figur dargestellten Speiche 34 die Fläche 34c ge dehnt und die Fläche 34d gestaucht. Bei einer Messung des Wi derstands der hier aufgeklebten Dehnmessstreifen Dia und Dlb ergibt sich eine entsprechende Veränderung - mit einem unter schiedlichen Vorzeichen zwischen den beiden Sensoren Dia und Dlb. Die Messung eines Drehmoments M über ein solches Speichenrad ist besonders empfindlich, wenn die Übertragung des Drehmo ments mittels der Speichen über eine möglichst große radiale Distanz hinweg erfolgt. Mit anderen Worten ist es günstig, wenn der erste Radius rl, bei dem der Übergang zwischen den Speichen 34 und dem außenliegenden Ring 32 liegt, möglichst groß ist. Entsprechend ist es auch günstig, wenn der zweite Radius r2, bei dem der Übergang zwischen den Speichen und der Nabe 33 liegt, möglichst klein ist. Der Außenradius der An triebseinrichtung ist hier mit ra bezeichnet, wobei das radi al außenliegende Gehäuse 3 hier nur angedeutet ist. Unter dem Außenradius ra der Antriebseinrichtung soll dabei der Au ßenradius eines kreiszylindrischen Teils des Gehäuses ver standen werden (bei dem die zusätzliche Abmessung eines opti onal vorliegenden seitlichen Sockels 21 nicht berücksichtigt wird). Im Verhältnis zu diesem Außenradius ra kann der erste Radius rl beispielsweise allgemein in einem Bereich zwischen 70% und 90% liegen. Der zweite Radius r2 kann beispielsweise allgemein in einem Bereich zwischen 25% und 55% von ra lie gen.

In Figur 8 ist ein Dehnmessstreifen 60, wie er beispielsweise als einer der Sensoren Dia bis D2b zum Einsatz kommen kann, in schematischer Aufsicht gezeigt. Der Dehnmessstreifen 60 ist als Doppel-DMS ausgebildet und umfasst zwei Einzel-DMS 60a und 60b. Bei jedem der Einzel-DMS ist ein Leiterelement mäanderartig geführt, wobei die Hauptrichtung von jedem sol chen Einzel-DMS der radial Richtung der jeweiligen zugeordne ten Speiche entspricht. Zur Messung der Widerstandsänderung in einem solchen Doppel-DMS liegen insgesamt vier elektrische Anschlüsse 61 vor.

In Figur 9 ist eine schematische Darstellung einer Brücken schaltung 70 gezeigt, welche zur Auslesung von insgesamt vier solchen Doppel-DMS (beispielsweise wie bei der Anordnung in Figur 5) ausgelegt ist. Für jeden Doppel-DMS sind die beiden zugehörigen Einzel-DMS über ihre beiden elektrischen An schlüsse in diese Brückenschaltung integriert. So umfasst die Doppel-DMS Dia beispielsweise die beiden Einzel-DMS Dia' und Dia''. Die insgesamt acht vorliegenden Einzel-DMS Dia' bis D2b' ' sind über eine doppelte Vollbrücke miteinander ver schaltet, so dass die mittels der Schaltung gemittelten Sig nale über die sechs äußeren Anschlüsse ol bis o4 und eine nachfolgende, hier nicht dargestellte Verstärker- und Ausle seelektronik ausgelesen werden können.

In Figur 10 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Roboterarms 80 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der Roboterarm weist sieben Robotikge lenke J1 bis J7 auf, welche jeweils eine Drehung um eine zu gehörige Rotationsachse Al bis A7 ermöglichen. Es handelt sich also um einen Roboterarm mit sieben rotatorischen Frei heitsgraden. Das „innerste" Gelenk J1 ist mit einer Basis 81 verbunden, welche als übergeordnete mechanische Messe dient. Das „äußerste" Gelenk J7 kann beispielsweise einen Werkzeug halter tragen. Jedes der Einzel-Gelenke J1 bis J7 weist eine lokale mechanische Masse für die jeweilige Drehbewegung auf, welche durch den Sockel des jeweiligen Gelenks gegeben ist.

So ist beispielsweise der Sockel des dritten Gelenks J7 hier mit 21 bezeichnet.

Bei dem gezeigten Roboterarm ist zumindest eines der Robotik gelenke J1 bis J7 mit einer erfindungsgemäßen Antriebsein richtung versehen. Besonders vorteilhaft sind mehrere und insbesondere sogar alle dieser Gelenke mit erfindungsgemäßen Antriebseinrichtungen ausgestaltet. Exemplarisch wird dies für das dritte Gelenk J3 näher erläutert: Der Sockel 21 stellt die lokale mechanische Masse dieses Gelenks J3 dar. Dies ist der Sockel eines Grundhalters, wie er vorab im Zu sammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschrieben wurde. Im In neren des Gehäuses 3 der Antriebseinrichtung 1 für dieses Robotikgelenk J3 sind die übrigen, hier nicht sichtbaren Kom ponenten wie Antriebsmotor, Antriebswelle, Getriebe, Messvor richtung und Abtriebswelle angeordnet. Das motorseitige Ende ist mit al und das abtriebsseitige Ende ist mit a2 bezeich net. Am motorseitigen Ende al befindet sich eine Endkappe 82. Im Bereich des abtriebsseitigen Endes a2 geht die (bezüglich der lokalen mechanischen Masse 21 drehbare) Abtriebswelle in den Sockel des nächsten Robotikgelenks J4 über. Das zur Ab stützung des von der Messvorrichtung gemessenen inneren Dreh- moments vorgesehene Scheibenelement ist hier mit der gestri chelten Linie 22 gekennzeichnet. Es wird also innerhalb des Robotikgelenks J3 ein inneres Getriebe-Abstützmoment gemes sen, in welches nicht nur das Motormoment, sondern unter an derem auch die Belastung durch die Eigenmasse der weiter au- ßen liegenden Roboterarm-Teile eingeht. Solch eine Drehmo ment-Messung (insbesondere in mehreren Gelenken) ermöglicht die Bestimmung eines genauen Belastungszustands des Roboter arms. Dies ist vor allem bei dessen Verwendung in einer kol- laborativen Arbeitsumgebung besonders vorteilhaft.

Bezugszeichenliste

1 Antriebseinrichtung

3 Antriebsgehäuse

5 Antriebsmotor

7 Antriebswelle

9 Abstützelement

20 Grundhalter

21 Sockel des Grundhalters (Kopplungselement)

22 Scheibenelement des Grundhalters

22a Vorsprung des Scheibenelements

23 Aussparung des Grundhalters

30 Messvorrichtung

31 Speichenrad

32 außenliegender Ring

32a Vorsprung des äußeren Rings

32b innenliegender Hohlraum

33 Nabe (innerer Ring)

34 Speiche

34a azimutale Begrenzungsfläche

34b axiale Begrenzungsfläche

34c gedehnte Fläche

34d gestauchte Fläche

35 Aussparung der Nabe

36 Sensor (Dehnmessstreifen)

38 äußerer Lochkranz

39 innerer Lochkranz

40 Abtriebskörper (Abtriebswelle)

41 Aussparung des Abtriebskörpers

42 Verbindungsleitung

43 Drehlager

50 Getriebe

51 Fest-Element (Circular Spline)

52 Antriebs-Element (Wave Generator) 53 Abtriebs-Element (Flex Spline)

53a Büchse des Abtriebs-Elements

60 Doppel-DMS

60a erster Einzel-DMS

60b zweiter Einzel DMS

61 Anschlüsse

70 Brückenschaltung

80 Roboterarm

81 Basis

82 Endkappe

A zentrale Achse al motorseitiges Ende a2 abtriebsseitiges Ende a3 axialer Teilbereich a4 axialer Teilbereich a22 axialer Bereich des Scheibenelements a31 axialer Bereich des Speichenrads a50 axialer Bereich des Getriebes

Dia erster DMS der ersten Speiche

Dlb zweiter DMS der ersten Speiche

D2a erster DMS der zweiten Speiche

D2b zweiter DMS der zweiten Speiche

J1 erstes Robotikgelenk mit Achse Al

J2 zweites Robotikgelenk mit Achse A2

J3 drittes Robotikgelenk mit Achse A3

J4 viertes Robotikgelenk mit Achse A4

J5 fünftes Robotikgelenk mit Achse A5

J6 sechstes Robotikgelenk mit Achse A6

J7 siebtes Robotikgelenk mit Achse A7

M Drehmoment rl erster Radius r2 zweiter Radius ra Außenradius