Moderne Robotik beginnt mit dem richtigen Antrieb. Die Geschichte des Frameless-Motors von TQ-RoboDrive führt direkt zu den Wurzeln der Leichtbaurobotik am DLR. Dort entstand die technologische Basis für präzise, sensitive und kollaborative Robotersysteme.
Eigenschaften eines Frameless-Motors
Ein Frameless-Motor (engl. frameless motor) ist ein bürstenloser Elektromotor ohne eigenes Gehäuse, bestehend aus Rotor und Stator als separate Bauteile, die direkt in die Struktur einer Maschine oder eines Robotergelenks integriert werden. Im Gegensatz zu konventionellen Motoren mit eigenem Gehäuse (engl. „frame") fügt sich ein Frameless-Motor vollständig in die umgebende Konstruktion ein. Die daraus entstehenden Vorteile sind maximale Kompaktheit sowie ein außergewöhnlich hohes Drehmoment-zu-Gewicht-Verhältnis.
Genau diese Eigenschaften machen den Frameless-Motor zur idealen Antriebslösung z.B. für Roboterarme, Exoskelette, kollaborative Roboter (Cobots) und medizinische Systeme – überall dort, wo Kompaktheit, Gewicht und Präzision entscheidend sind. TQ-RoboDrive entwickelt und produziert Frameless-Motoren seit mehr als zwei Jahrzehnten speziell für anspruchsvolle Robotiksysteme.
Der Ursprung: Robotikforschung am DLR
Der Ursprung der Frameless-Motor-Technologie von TQ-RoboDrive liegt im Institut für Robotik und Mechatronik des DLR. Bereits Anfang der 2000er Jahre entstanden dort zentrale Grundlagen für sensitive Leichtbaurobotik.
Im Jahr 2003 entwickelte das DLR mit dem Leichtbauroboter LBR III eine neue Generation drehmomentgeregelter Robotik. Parallel dazu entstanden Schlüsseltechnologien wie hochintegrierte Drehmomentsensorik, die später über Ausgründungen wie Sensodrive industrialisiert wurden und bis heute in modernen Robotersystemen eingesetzt werden. Diese Entwicklungen bildeten die technologische Basis für den industriellen Einsatz von Frameless-Motoren von TQ.
Ein früher Meilenstein im All
2005 begann die enge Zusammenarbeit zwischen TQ-Systems und dem DLR. Ziel war es, die am DLR entwickelten Frameless-Motoren in robuste, industriell nutzbare Lösungen zu überführen.
Noch im selben Jahr bewährte sich die Technologie unter extremen Bedingungen: im robotischen Arm ROKVISS auf der Internationalen Raumstation (ISS). Der zweigelenkige Roboter mit Greifer führte präzise Experimente in der Schwerelosigkeit durch. Zwischen 2005 und 2010 absolvierte ROKVISS rund 500 erfolgreich durchgeführte Tests. Damit zeigte sich bereits früh, dass die kompakte und präzise Antriebstechnologie nicht nur im Labor, sondern auch unter realen Extrembedingungen zuverlässig eingesetzt werden konnte.
Aufbau industrieller Lösungen mit TQ
Auf Basis der gemeinsamen Entwicklungsarbeit wurde RoboDrive 2005 als Spin-off gegründet. Ziel war es, die am DLR entwickelten Frameless-Motoren und die zugehörige Antriebstechnologie gezielt für industrielle Anwendungen weiterzuentwickeln und verfügbar zu machen. Die Gründer waren Manfred Schedl sowie Detlef Schneider, Geschäftsführer von TQ-Systems.
Damit war TQ von Beginn an eng in die industrielle Weiterentwicklung der Frameless-Motor-Technologie eingebunden. Seit 2006 werden die eigenen Frameless-Motoren der ILM-Serie von TQ-Systems produziert.
Beitrag zur Chirurgierobotik
Auch in der Chirurgierobotik spielte die Frameless-Motor-Technologie des DLR eine wichtige Rolle. Mit MIRO entstand im Jahr 2008 ein modularer, leichter Roboterarm für minimal-invasive Eingriffe. Seit der Entwicklung sind darin bis heute die Frameless-ILM-Motoren von RoboDrive verbaut. Darauf aufbauend entwickelte das DLR die Plattform MiroSurge, die Chirurgen die Steuerung mehrerer Roboterarme über eine haptische Konsole ermöglicht. Diese DLR-Technologie wurde an den Medizintechnik-Konzern Medtronic lizenziert. Daraus ging das robotergestützte Chirurgiesystem Hugo RAS hervor, das 2021 die CE-Zertifizierung erhielt.
Beitrag zur humanoiden Robotik
Ein wichtiges Beispiel für die Wirkung der Frameless-Motor-Technologie ist der humanoide Laufroboter TORO (Torque-controlled humanoid Robot), den das DLR im Jahr 2013 erstmals vorstellte. Er wurde als Forschungsplattform für dynamisches Gehen, Balancieren, Ganzkörperregelung sowie kraftgeregelte Interaktionen mit der Umgebung entwickelt.
TORO nutzte die Frameless DLR-LWR-Antriebseinheiten ILM50, ILM70 und ILM85 und steht damit exemplarisch für den Übergang von der Leichtbaurobotik hin zu humanoiden Systemen.
Vom DLR-Leichtbauroboter zum Franka Emika Panda
Die am DLR entwickelte Leichtbaurobotik prägte nicht nur Robotersysteme wie den KUKA LBR, sondern auch die weitere Entwicklung sensitiver und kollaborativer Roboter. Aus dieser Forschungstradition entstand später der Franka Emika Panda, dessen technologische Wurzeln ebenfalls in der drehmomentgeregelten DLR-Leichtbaurobotik liegen. Ab 2017 fertigte TQ den vollständigen Cobot am Standort Durach in Serie. Damit führte TQ die gemeinsame Entwicklungsgeschichte auf einer weiteren Ebene fort: Während TQ-RoboDrive die aus dem DLR-Umfeld hervorgegangene Frameless-Motor-Technologie industrialisierte und weiterentwickelte, übernahm TQ zugleich die Fertigung eines vollständigen Roboters aus derselben technologischen Tradition.
So schließt sich der Kreis von der DLR-Grundlagenforschung über den KUKA LBR bis zum Franka Emika Panda: TQ verbindet die industrielle Weiterentwicklung hochintegrierter Frameless-Motoren mit der Erfahrung aus der Serienfertigung moderner kollaborativer Robotersysteme.
Ein Frameless-Motor ist ein bürstenloser Elektromotor ohne eigenes Gehäuse, der aus einem separaten Rotor und Stator besteht. Beide Komponenten werden direkt in die Konstruktion einer Maschine oder eines Robotergelenks integriert. Dadurch lassen sich besonders kompakte und leichte Antriebe mit hoher Drehmomentdichte realisieren – beispielsweise für Roboterarme, Cobots, humanoide Roboter und medizinische Systeme.
Die RoboDrive-Technologie stammt aus der Robotikforschung des Instituts für Robotik und Mechatronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Dort wurde sie ursprünglich für leichte, sensitive und drehmomentgeregelte Robotersysteme entwickelt. Aus dieser Forschungsarbeit entstand die technologische Grundlage der heutigen Frameless-Motoren von TQ-RoboDrive.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt schuf wesentliche wissenschaftliche und technologische Grundlagen der RoboDrive-Technologie. In den DLR-Leichtbaurobotern wurden kompakte Frameless-Motoren mit Drehmomentsensorik und präziser Regelung zu hochintegrierten Robotergelenken verbunden. Diese Forschungsarbeit bildete die Grundlage für die spätere Industrialisierung der Technologie durch RoboDrive und TQ.
Die Geschichte von RoboDrive begann 2005 mit dem Transfer der am DLR entwickelten Antriebstechnologie in industrielle Anwendungen. Seitdem werden die Frameless-Motoren speziell für die hohen Anforderungen moderner Robotik weiterentwickelt. TQ produziert Motoren der ILM-Baureihe seit 2006; 2012 wurde RoboDrive als eigener Geschäftsbereich vollständig in TQ-Systems integriert.
ROKVISS war ein zweigelenkiger Roboterarm des DLR, der von 2005 bis 2010 auf der Internationalen Raumstation eingesetzt wurde. Mit ihm wurden hochintegrierte Robotikkomponenten und die zugrunde liegende Antriebstechnologie unter realen Bedingungen im Weltall erprobt. ROKVISS absolvierte rund 500 Tests und zeigte früh, dass die kompakten und präzisen Antriebe auch unter extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren.
TORO steht für Torque-controlled humanoid Robot und ist eine Forschungsplattform des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Der 2013 vorgestellte humanoide Roboter wurde für dynamisches Gehen, Balancieren, Ganzkörperregelung und kraftgeregelte Interaktionen entwickelt. In seinen Antriebseinheiten kamen Frameless-Motoren der ILM-Baureihen zum Einsatz.
Im DLR-Roboterarm MIRO kommen Frameless-Motoren der ILM-Baureihe von RoboDrive zum Einsatz. Der kompakte, leichte und drehmomentgeregelte Roboterarm wurde für medizinische Anwendungen und minimalinvasive Eingriffe entwickelt. MIRO bildet außerdem die Grundlage der DLR-Forschungsplattform MiroSurge, deren technologische Prinzipien später in die Entwicklung kommerzieller Chirurgieroboter übertragen wurden.
TQ-RoboDrive steht für den erfolgreichen Transfer von Robotikforschung in industrielle Antriebstechnik. Heute entwickelt und produziert TQ-RoboDrive Frameless-Motoren, kundenspezifische Aktuatoren und Antriebslösungen für anspruchsvolle Anwendungen. Der Schwerpunkt liegt auf hoher Drehmomentdichte, kompakter Integration, präziser Regelbarkeit und skalierbarer Serienfertigung.
