Jedes Kabel in einem humanoiden Roboter muss ein Gelenk durchqueren, um den dahinterliegenden Motor zu erreichen – und der sauberste Weg führt direkt durch die Mitte des Aktuators. Dieser Artikel beleuchtet die unauffällige Geometrie hinter dieser Entscheidung: wie groß die Öffnung tatsächlich ist, was sie kostet, warum moderne Gelenke nur vier Adern benötigen und wie die Kabeltorsion darüber entscheidet, ob die Verkabelung den Roboter überlebt.

Fragt man einen Ingenieur, wodurch die Reichweite eines humanoiden Roboters begrenzt wird, hört man von Drehmomentdichte, Übersetzungsverhältnissen und Batteriechemie. Von der Öffnung hört man selten. Doch durch jedes Drehgelenk eines modernen humanoiden Roboters verläuft eine Hohlbohrung – ein freier Durchgang entlang der Rotationsachse. Durch diesen Durchgang wird alles geführt, was die dahinterliegenden Gelenke benötigen: Batteriestrom und ein Kommunikationsbus.

Die Größe dieser Öffnung und das Verhalten des Kabels darin zählen zu den weniger beachteten Einschränkungen bei der Gelenkauslegung. Wird es falsch gemacht, ist die Verkabelung das erste Bauteil, das ausfällt. Wird es richtig gemacht, vereinfacht sich der gesamte Körper – eine Ader nach der anderen.

Warum das Kabel durch die Mitte geführt wird

Wird ein Kabel auf der Rotationsachse eines Gelenks verlegt, wird es ausschließlich verdreht. Liegt es 30 mm neben der Achse, wird es bei jeder Gelenkbewegung zusätzlich gebogen, gedehnt und an allem in seiner Nähe entlanggezogen. Industrieroboterarme müssen mit dem zweiten Problem leben: Sie tragen außen am Arm externe Energieführungssysteme und Kabelführungen, die ebenfalls verschleißen.

In einem humanoiden Roboter ist dafür kein Platz. Eine Kabelschlaufe an der Schulter bleibt an Regalen oder Menschen hängen und wird eingeklemmt, wenn der Ellbogen flach an den Oberkörper angelegt wird. Die übliche Lösung ist daher ein Hohlwellenaktuator: ein rahmenloser Motor, dessen Rotor auf einem Rohr sitzt, ein Getriebe mit freier Bohrung in der Mitte, ein Encoder, der die Position um die Öffnung herum statt quer darüber erfasst, und ein Abtriebsflansch mit einer entsprechenden Öffnung. Die Verkabelung aller nachgelagerten Komponenten wird wie ein Faden durch eine Perle durch das Gelenk geführt.

Der humanoide Roboter G1 von Unitree ist ein Musterbeispiel. Eine Demontageanalyse des Kabelbaumherstellers JONVER ergab, dass sämtliche Motorstrom- und Signalkabel durch die Mitte der Gelenkwellen verlaufen und die Motoren in jeder Gliedmaße über interne Kanäle in Reihe verbunden sind. Die Stromversorgung erfolgt über einen gemeinsamen XT30-Steckverbinder, die Datenübertragung über CAN. (Quelle: Demontageanalyse von JONVER, 2026.)

Die Bohrung ist ein begrenztes Budget

Eine Öffnung in der Mitte eines Gelenks ist nicht kostenlos. Der Wellgenerator des Getriebes, der Motorrotor und das Abtriebslager müssen um sie herum größer ausgelegt werden. Eine Hohlwelleneinheit enthält daher bei gleichem Drehmoment mehr Metall in größerem Abstand zur Achse als eine Einheit mit Vollwelle.

Der Zielkonflikt wird im Katalog von Harmonic Drive deutlich, der einer Referenzauslegung für die Branche am nächsten kommt. Bei der Hohlwellenbaureihe SHG-2UH beträgt die Durchgangsbohrung konstant etwa ein Drittel des Außendurchmessers – von einer Bohrung mit 20 mm bei 70 mm Außendurchmesser in Baugröße 14 bis zu einer Bohrung mit 38 mm bei 110 mm Außendurchmesser in Baugröße 25. Die Einheiten mit Übersetzung 50 in dieser Baureihe bieten Nenndrehmomente von 7 N·m bis 51 N·m. Entscheidend ist der relative Anteil, nicht die absoluten Werte: Bei einem handgelenkgroßen Gelenk mit etwa 70 mm Durchmesser stehen rund 20 mm Bohrung zur Verfügung; ein hüftgroßes Gelenk kann fast 40 mm bieten.

Auch Hersteller rahmenloser Motoren legen ihre Produkte für diesen Platzbedarf aus. Die für Robotergelenke vorgesehene TBM2G-Serie von Kollmorgen bietet Rotator-Innendurchmesser von etwa 25 mm beim Rahmenmaß 50 bis zu 57,5 mm beim Rahmenmaß 115, ausdrücklich zum Durchführen von „Encodern, Kabeln, Schläuchen, Wellen und Werkzeugen“.

Diese industriellen Referenzeinheiten sind außerdem schwerer als die Komponenten, die in einem Serienhumanoiden zum Einsatz kommen. Ein Getriebe SHG-2UH der Baugröße 14 wiegt allein 0,71 kg. Zum Vergleich: Eine Demontageanalyse des G1 von Unitree bezifferte das Gewicht eines kompletten kleinen Gelenkaktuators – Motor, Getriebe, Antriebselektronik und Gehäuse zusammen – auf rund 525 g. Serienhumanoide verwenden leichtere, kundenspezifisch integrierte Module. Genau in dieser Gewichtslücke konkurrieren Anbieter integrierter Gelenke.

*Tabelle: Berechnung der Torsion für ein an beiden Enden fixiertes Kabel. Die Nennwerte des Kabels – nicht der Platz im Gehäuse – bestimmen die erforderliche freie Länge.*

Vier Adern statt vierzig

Zwanzig Millimeter reichen für ein dünnes Kabelbündel aus, sind für ein dickes jedoch völlig unzureichend. Dass das Bündel dünn bleibt, liegt am Netzwerk, nicht an der Mechanik. Jedes Gelenk eines modernen humanoiden Roboters verfügt über einen eigenen Servoantrieb. Daher muss das Kabel, das ein Gelenk durchquert, nicht für jeden weiter außen liegenden Aktuator drei Motorphasen und eine Encoderleitung führen. Es benötigt eine gemeinsame Gleichstromversorgung und einen gemeinsamen Bus.

Der Open-Source-Humanoid Asimov von Menlo zeigt, wie weit sich das umsetzen lässt. Jeder Aktuator verfügt über zwei elektrisch identische XT30-Anschlüsse (2+2), die genau vier Adern führen: Batterieplus, Batterieminus, CAN High und CAN Low. Die Aktuatoren sind über sechs physische Zweige mit dem Oberkörper verbunden: zwei Hüften, zwei Schultern, die Taille und der Hals. Die gemeinsame Versorgung hat allerdings einen Nachteil: Die Spannung fällt ab, wenn mehrere Gelenke gleichzeitig Spitzenstrom ziehen, wie etwa bei der Landung nach einem Sprung. Laut der Demontageanalyse von JONVER begegnet der G1 dem mit verteilten Kondensatorpuffern am Versorgungsende der äußersten Gelenke.

Busse mit höherer Bandbreite erfordern zusätzliche Adern und Abschirmung. Das ist ein weiterer Grund, warum Bohrungsgröße und Netzwerkauswahl gemeinsam festgelegt werden. EtherCAT-Kabel sind dicker als CAN-Kabel; eine physikalische Schicht mit nur einem Adernpaar ermöglicht noch schlankere Kabel. Inunserem früheren Artikel über AUTBUS bis ins Gelenk hinein haben wir erläutert, welche Vorteile die Einpaar-Kommunikation für einen Gelenkverbund bietet.

Faustregel: Die Anzahl der Adern, die ein Gelenk durchqueren, ist eine Systementscheidung. Zentralisierte Antriebsarchitekturen erhöhen diese Zahl; verteilte Gelenkantriebe mit gemeinsamem Gleichstrombus begrenzen sie auf wenige Adern. Benötigt Ihr Gelenkmodul mehr als ein paar Adern durch die Bohrung, liegt das Problem in der Verkabelungsarchitektur, nicht in der Öffnung.

Verdrehung statt Biegung

Ein Kabel durch eine Hohlwelle ist an beiden Enden fixiert – auf der einen Seite am feststehenden Teil, auf der anderen am beweglichen Teil. Wenn sich das Gelenk bewegt, wird der Abschnitt zwischen den Fixierpunkten verdreht. Er reibt nicht, ermüdet aber dennoch. Wie stark die Ermüdung ausfällt, hängt davon ab, wie viel Torsion jeder Meter Kabel aufnehmen muss.

Hersteller von Industriekabeln geben diese Werte direkt an. Im Juli 2026 brachte igus die Roboterbuskabelfamilie CFROBOT8.PLUS auf den Markt. Sie umfasst CAN, Ethernet bis CAT7, PROFINET und DeviceNet und ist für eine Torsion von ±360° pro Meter freiem Kabel ausgelegt (bei 1 m freier Länge und festgelegten Temperatur- und Geschwindigkeitsbedingungen). Die Kabel sind für 10 Millionen Zyklen ausgelegt und wurden auf mehr als 15 Millionen Zyklen getestet. Diese Werte stammen von sechsachsigen Industrierobotern, nicht von humanoiden Robotern, aber die Berechnung lässt sich übertragen.

Ein Gelenk mit einem Bewegungsbereich von ±135° und 0,3 m freiem Kabel zwischen den Fixierpunkten belastet das Kabel mit ±450° pro Meter – mehr als der zulässige Wert. Wird die freie Länge auf 0,375 m erhöht, sinkt die Belastung wieder auf ±360°/m. Bei einem kompakten Unterarm besteht die Lösung oft darin, das Kabel in einem Zug durch zwei Gelenke zu führen und die Torsion so auf beide zu verteilen.

Deshalb ist die freie Länge ein Auslegungsparameter und keine Verpackungsreserve. Wird sie zugunsten des Platzbedarfs verkürzt, beansprucht jeder Zyklus mehr von der Lebensdauer des Kabels.

Chinesische Anbieter von Gelenkmodulen sind von der Fertigungsseite aus zur gleichen Lösung gelangt: Auf der CIIF 2026 in Shanghai präsentierte Leaderdrive eine vollständige Baureihe von Gelenkmodulen. Laut Anbieterangaben bieten sie eine Positioniergenauigkeit von 20 Bogensekunden, eine Lebensdauer von 15.000 Stunden und eine Echtzeitkommunikation mit 500 Mikrosekunden. Die Module basieren auf einer Hohlwellenführung „für eine komfortable Reihenschaltung der Verkabelung“. Am Messestand wurde außerdem die Schutzart IP67 durch eine Unterwasservorführung demonstriert. Wenn mehrere Anbieter dasselbe Führungskonzept standardisieren, ist es keine Option mehr, sondern eine Grundvoraussetzung. (Quelle: Berichte von gongkong und chinesischen Branchenmedien, Oktober 2026; die Zahlen stammen von den Anbietern.)

Wenn das Gelenk sich endlos dreht: Schleifringe

Torsion funktioniert, solange das Gelenk mechanische Anschläge hat. Ohne Anschläge überlebt kein Kabel. Genau darauf hat Boston Dynamics beim elektrischen Atlas verzichtet: Von seinen 56 Freiheitsgraden können sich die meisten Gelenke kontinuierlich drehen. Sowohl der Kopf als auch die Taille lassen sich vollständig drehen, damit der Roboter hinter sich arbeiten kann, ohne einen Schritt zu machen. Wie das Unternehmen Strom und Daten über diese kontinuierlich rotierenden Gelenke überträgt, ist mit Stand Oktober 2026 nicht öffentlich bekannt – und stellt das schwierigste Verkabelungsproblem im Körper dar.

Üblicherweise wird ein Schleifring eingesetzt: rotierende Kontakte, die Strom über eine drehende Schnittstelle übertragen. Industrielle Lösungen decken den Bedarf humanoider Roboter bereits ab. Die Flüssigmetall-Kontaktringe von Mercotac übertragen beim Modell 830 bis zu 30 A über sechs der acht Stromkreise; die übrigen zwei sind für 4 A ausgelegt. Für die Datenübertragung bietet ROTOCON bürstenlose EtherCAT-Schleifringe an, die bei der EtherCAT Technology Group gelistet sind und laut Herstellerangabe bei der Rotation keinerlei Paketverluste aufweisen. Der Anbieter Servotecnica nennt die weiterhin bestehenden Herausforderungen für humanoide Gelenke: Größe, Gewicht, Verschleiß, elektrische Störungen, Belastbarkeit und Kosten. Jeder dieser Faktoren nimmt mit der Zahl der Stromkreise zu. Das ist ein weiteres Argument für Vieraderbusse: Jede Ader, die beim Übergang durch das Gelenk entfällt, muss auch der Schleifring nicht übertragen.

Was vor der Entscheidung für ein Gelenkmodul zu prüfen ist

Bohrung, Bus und Kabel müssen als eine gemeinsame Spezifikation betrachtet werden. Fünf Prüfpunkte decken das Wesentliche ab:

• Freie Bohrung durch den gesamten Aufbau – Motor, Getriebe, Encoder, Bremse und Flansch. Die kleinste Öffnung in der Kette bestimmt die Grenze; Bremsen und Steckverbinderhalterungen verkleinern sie zusätzlich.
• Adern je Gelenkdurchführung. Lokale Antriebe an einem gemeinsamen Gleichstrombus mit CAN oder einem Einpaarbus halten die Zahl klein; zentralisierte Architekturen erhöhen sie.
• Gelenkbewegungsbereich im Verhältnis zur freien Kabellänge. Berechnen Sie die Verdrehung pro Meter und vergleichen Sie sie mit der Torsionsfestigkeit des Kabels. Denken Sie an das Beispiel ±135°/0,3 m, das ein Kabel mit einer Auslegung von ±360°/m überlastet.
• Wartungsfreundlichkeit der Steckverbinder. Atlas ist mit austauschbaren Gelenkmodulen aufgebaut; bei Open-Source-Designs wie Asimov werden Kabel durch mehrere Gelenke geführt, bevor sie verbunden werden. Das Führungskonzept bestimmt, wie schnell sich ein Gelenk vor Ort austauschen lässt.
• Kontinuierliche Rotation. Jedes Gelenk ohne mechanische Anschläge benötigt einen Schleifring oder eine kontaktlose Verbindung – mit eigenem Budget für Masse, Störungen und Lebensdauer.

Bei Ti5ROBOT betrachten wir dieselbe Rechnung aus der Perspektive der Module: Jeder Leiter und Steckverbinder, den Sie innerhalb des integrierten Gelenkgehäuses unterbringen können, bedeutet eine Komponente weniger, die durch die Bohrung geführt werden muss, eine Fehlerquelle weniger und einen Grund weniger, den Arm zu zerlegen. Dieselbe Logik bestimmt auch unsere Spezifikationen für Encoder- und Feedbackanordnungen – siehe unsere Analyse zu Dual-Encodern und zur Genauigkeitsgrenze von Gelenken – sowie die Auslegung von Modulen wie der Baureihe leichter Gelenkmodule und der Baureihe humanoider Roboteraktoren als vollständige Gelenke statt als lose Komponenten. Die Öffnung in der Mitte ist kein Detail der Verpackung – sie ist das Budget, aus dem die gesamte Verkabelungsarchitektur schöpft.

Die unauffällige Einschränkung wird sichtbar

Nichts davon ist in einem Diagramm zur Drehmomentdichte zu sehen. Doch die Hohlbohrung bestimmt, wie die Gliedmaßen verkabelt werden, die Buswahl bestimmt die Dicke des Kabelbündels, und die Torsionsfestigkeit des Kabels entscheidet darüber, wie lange der Roboter zwischen Kabelbaumdefekten im Einsatz bleibt. Gelenke, die zehn Millionen Bewegungszyklen überstehen, sind diejenigen, deren Konstrukteure die Öffnung als zentrale Spezifikation behandelt haben – gleichrangig mit Drehmoment, Übersetzung und Masse.

Wenn Sie das nächste Mal in einem Datenblatt für ein Gelenkmodul die Angabe „Durchgangsbohrung“ sehen, lesen Sie sie wie ein Buchhalter eine Kreditlinie: Sie bezeichnet nicht die Größe der Öffnung, sondern den Umfang all dessen, was Sie nicht um sie herumführen müssen.

Quelle: humanoid.guide, „Hohlwellengelenke: Wie Strom und Daten durch jedes Gelenk eines humanoiden Roboters gelangen“ (Oktober 2026); igus-Pressemitteilung zu CFROBOT8.PLUS (Juli 2026); Demontageanalyse des Unitree G1 von JONVER (2026); elektrische Dokumentation des Menlo Asimov (2026); Ankündigung des elektrischen Atlas von Boston Dynamics auf der CES 2026; Katalog von Harmonic Drive SHF/SHG; Berichterstattung von gongkong über Gelenkmodule auf der CIIF 2026 (Oktober 2026); Spezifikationen der rahmenlosen Motoren TBM2G von Kollmorgen.