Der Harmonic Drive, auf Deutsch Wellgetriebe, ist ein spezieller Getriebetyp, der in einem kleinen und leichten Gehäuse ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis praktisch ohne Spiel erreicht. Gerade das fehlende Spiel (Zero Backlash) und die Präzision machen ihn zur bevorzugten Wahl für die Gelenke humanoider Roboter, wo es auf Wiederholgenauigkeit und feinfühlige Kraftregelung ankommt.
Das Prinzip ist raffiniert und nutzt die Elastizität von Metall. Das Getriebe besteht aus drei Hauptteilen: dem Wellengenerator, dem flexiblen Zahnrad (Flexspline) und dem festen Zahnrad (Circular Spline). Der Wellengenerator hat eine elliptische Form und verformt das dünne flexible Rad so, dass dessen Zähne nur an zwei gegenüberliegenden Stellen entlang der Hauptachse der Ellipse in das feste Rad eingreifen. Das flexible Rad hat zwei Zähne weniger als das feste, sodass eine Umdrehung des Generators das flexible Rad nur um zwei Zähne weiterbewegt – daraus ergibt sich das sehr hohe Übersetzungsverhältnis. Da die Zähne dauerhaft im Eingriff und vorgespannt sind, hat das Getriebe kein mechanisches Spiel.
Für die Robotik bedeutet das mehrere entscheidende Vorteile. Die hohe Übersetzung erlaubt es, aus einem schnellen, aber relativ schwachen BLDC-Motor ein großes Drehmoment in einem kompakten Gelenk zu gewinnen. Das fehlende Spiel sorgt dafür, dass der Roboter genau weiß, wo sich das Gelenk befindet, und Position wie Kraft feinfühlig regeln kann. Das geringe Gewicht ist besonders in Händen und Unterarmen wichtig, wo sich jedes Gramm auf die Geschicklichkeit auswirkt.
Den Harmonic Drive finden wir in den Aktuatoren vieler fortschrittlicher Humanoiden – ihn nutzen unter anderem Atlas, Optimus, Figure und der chinesische Fourier GR-1. Der Preis für die Präzision sind höhere Kosten und eine schlechtere Rücktreibbarkeit: Wegen der hohen Übersetzung setzt das Gelenk großen Widerstand entgegen, wenn man von außen darauf drückt. Für Aufgaben, die Nachgiebigkeit und schnelle Reaktion erfordern, wählen manche Hersteller deshalb lieber den quasi-direkten Antrieb (QDD) oder das robustere Planetengetriebe.