Robotik: High Efficiency Joints Effiziente, robuste Aktuatoren für moderne Robotik

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Maxons High Efficiency Joints (HEJ) vereinen Motor, Getriebe, Elektronik, Encoder und Lager in einem IP67-Gehäuse. Für Robotik bieten sie >75 % Wirkungsgrad, EtherCAT und Drehmomenterfassung – robust und skalierbar im Alltag.

Die HEJs sind vollintegrierte robotische Aktuatoren für moderne mobile und interaktive Robotersysteme. Sie kombinieren Motor, Planetengetriebe, integrierte Elektronik, Encoder, Kreuzrollenlager und ein robustes, IP67-geschütztes Gehäuse in einem kompakten System. Ausgelegt sind sie für Anwendungen wie Humanoide, Vierbeiner, fahrende oder kettenbasierte mobile Plattformen, mobile Manipulation, Exoskelette, oder industrielle Robotik. Charakteristisch sind dabei hohe Drehmoment- und Leistungsdichten, EtherCAT-Kommunikation, eine integrierte Drehmomenterfassung sowie Simulationsmodelle für die Einbindung in moderne Entwicklungsumgebungen. Spannenderweise ergeben sich auch ungewöhnliche Anwendungen außerhalb der Robotik: Von industriellen automatischen Schraubendrehern über Kletterseilantriebe hin zu Pan/Tilt-Systemen, welche primär der hohen Integrationsdichte dieser Antriebe geschuldet sind.

Besonders relevant ist die HEJ-Familie dort, wo Robotik dynamisch, energieeffizient und gleichzeitig robust gegenüber realen Umgebungsbedingungen sein muss. Bei Laufrobotern, humanoiden Beinen oder dynamischen Manipulatoren gehören Kollisionen, oder unvorhersehbare Lastfälle zum Alltag. Ein Aktuator muss in solchen Situationen nicht nur leistungsfähig, sondern auch fehlertolerant und mechanisch widerstandsfähig sein. Genau deshalb setzt Maxon bei den HEJs auf eine robuste Planetengetriebe-Architektur mit hoher Überlastfähigkeit.

Dass Maxon in diesem Umfeld zusätzlich Risikoanalyse, Co-Design und Safety-Beratung adressiert, zeigt, dass die Firma die nächste Entwicklungsstufe der Robotik nicht nur technisch, sondern systemisch denkt.

Warum Planetengetriebe heute überzeugen

Ein wesentlicher Unterschied zu klassischen Robotikparadigmen liegt dabei in der Bewertung des Getriebekonzepts. Lange Zeit dominierten in vielen Manipulatoren vor allem hochpräzise, möglichst spielfreie Konzepte. In der modernen mobilen Robotik hat sich die Lage jedoch verschoben. Heute sind planetengetriebene Systeme für viele Manipulatoren und mobile Roboter akzeptiert. Der Grund ist simpel: Moderne Regelungsverfahren, gute Zustandsbeobachtung und leistungsfähige Software können Nichtlinearitäten deutlich besser kompensieren. Dadurch wird es möglich, mit weniger komplexer und besser skalierbarer Hardware dennoch sehr hohe Gesamtsystemleistung zu erreichen. In diesem Sinne ist das Planetengetriebe nicht der Kompromiss von gestern, sondern oft die wirtschaftlich und technisch kluge Wahl für die Robotik von heute.

Das wird besonders klar, wenn man auf den Wirkungsgrad blickt. Die HEJs sind als Quasi-Direct-Drive-Aktuatoren ausgelegt und zielen auf eine sehr hohe Effizienz ab. Die Systeme erreichen typischerweise mehr als 75 Prozent Gesamteffizienz; die Getriebestufe selbst erreicht Spitzenwirkungsgrade von über 93 Prozent. In der Praxis bedeutet das: Weniger Verlustwärme, geringerer Kühlaufwand, längere Batterielaufzeiten und mehr nutzbare Dauerleistung im realen Robotereinsatz.

Partnerschaft: Synapticon und Stabilus

Produktlinie integrierter Aktuatoren für humanoide Roboter

Integrierte Regelung reduziert die Sim2Real-Lücke

Zur Leistungsfähigkeit trägt nicht nur der mechanische Aufbau bei, sondern ebenso die integrierte Elektronik. Die HEJs verfügen über eine anspruchsvolle integrierte Regelung mit Impedanzregelung, Drehmomentmessung und Nichtlinearitätskompensation. Genau diese Kombination ist für moderne Robotik zentral: Der Aktuator verhält sich kontrollierbar und im Ergebnis näherungsweise linear. Damit verkleinert sich auch die Sim2Real-Lücke, also die Differenz zwischen Simulationsmodell und realem Systemverhalten. Wer Robotik skalieren will, braucht nicht nur gute Hardware oder gute Software, sondern Bausteine, die sich im Zusammenspiel vorhersagbar verhalten und sauber modellieren lassen.

Hinzu kommt die Frage der Skalierbarkeit. Viele Robotikkonzepte scheitern nicht an der ersten funktionsfähigen Einheit, sondern an der Reproduzierbarkeit in Serie. Genau hier spielt Maxon seine tiefe vertikale Integration aus. Das Unternehmen entwickelt und produziert zentrale Komponenten wie Motoren, Getriebe und Elektronik im eigenen Haus und kann dadurch Performance, Qualität, Kosten, Lieferfähigkeit und Anpassbarkeit gezielt zusammenführen. Diese vertikale Integration ist ein entscheidender Hebel, um hochintegrierte Robotikbausteine nicht nur als Prototypen, sondern in industriell relevanten Stückzahlen anzubieten. Gleichzeitig erlaubt sie sinnvolle kundenspezifische Anpassungen, etwa bei Übersetzungen, Sensorik, Steckern oder Kabellösungen. Das beste Kabel ist „kein Kabel“.

Mit zunehmender Stückzahl, längerer Einsatzdauer und engerer Mensch-Roboter-Interaktion wird funktionale Sicherheit vom Randthema zur Grundvoraussetzung.

Baukastensystem für skalierbare Robotik

Die Portfolio-Logik der HEJ-Familie unterstreicht diesen Skalierungsanspruch. Mit Größen wie HEJ 50, HEJ 70, HEJ 90 und der größeren, sich in Entwicklung befindenden „Hercules“-Variante adressiert Maxon unterschiedliche Leistungsbereiche. Von kompakter mobiler Manipulation bis zu hochdynamischen Laufantrieben. Die Systeme sind damit nicht nur leistungsfähig, sondern auch gut skalierbar über mehrere Robotertypen hinweg. Genau diese Kombination aus Performance, Baukastendenken und Kostenoptimierung wird in den kommenden Jahren entscheidend sein, wenn aus der heutigen Robotikdynamik belastbare Märkte entstehen. Dass weltweit bereits mehrere moderne Robotersysteme mit HEJs auf den Markt kommen oder sich in Entwicklung befinden, passt in dieses Bild.

Dabei versteht Maxon die Robotik ausdrücklich breiter als nur Gelenkaktuatoren. Das Unternehmen positioniert sich als Anbieter integrierter robotischer Bausteine: Von Antrieben für autonome mobile Fahrzeuge über Aktuatoren für chirurgische Robotik bis hin zu Lösungen für Raumfahrtanwendungen. Gerade diese Breite ist interessant, weil sich viele Kompetenzen zwischen den Feldern übertragen lassen: Präzision, Robustheit, Zertifizierungsfähigkeit, Skalierbarkeit und mechatronische Integration. Hinzu kommt ein breites Angebot für Endeffektoren und deren Subsysteme. Denn die eigentliche Wertschöpfung eines Roboters entsteht oft am „Business-End“: dort, wo gegriffen, betätigt, geführt, dosiert oder interagiert wird. Endeffektoren müssen präzise, robust, hochintegriert und in vielen Freiheitsgraden skalierbar sein. Alles Disziplinen, in denen Maxon seine Stärken ausspielen kann.

Mehr als KI: Systemdenken statt Show

Parallel dazu verändert sich auch das Umfeld der Robotik. Der aktuelle Hype um humanoide Systeme beschleunigt Innovation, aber er darf nicht darüber hinwegtäuschen, dass zentrale Forschungs- und Entwicklungsfragen weiterhin offen sind. Insbesondere Manipulation bleibt ein sehr schwieriges Problem. Erfolgreiche Manipulation erfordert nicht nur „AI“ im Schlagwortsinn, sondern das koordinierte Zusammenspiel von Wahrnehmung, Reasoning, Regelung, Mechanik, Sicherheitsarchitektur, Systemengineering und belastbarer Lieferkette. KI ist dabei ein wichtiger Baustein, aber eben nur ein Baustein. Digitale Wahrnehmung, Reinforcement Learning, modellbasierte Verfahren, Regelungstechnik und robuste Hardwareentwicklung müssen zusammenkommen, wenn aus beeindruckenden Videos verlässliche Robotikprodukte werden sollen.

Mario Mauerer arbeitet in der Geschäftsfeldentwicklung und im Produktmanagement Robotik bei der Maxon Motor GmbH.