超精密測量賦能人形機器人：行星滾柱絲杠 1μm 級定位精度檢測方案解析

要在生活和工業場景中像人類一樣完成復雜任務，機器人需要極其靈活且強勁的“關節”。行星滾柱絲杠憑借其高承載能力（比滾珠絲杠高6~15倍）、體積小（節省1/3空間）和長壽命（提高10倍以上）的特性，成為了髖關節、膝關節等核心部位的直線執行器 。

然而，這種核心零部件結構復雜，包含絲杠、行星滾柱、內齒圈等多部件，且涉及多頭螺紋和復雜曲面，給制造后的精密測量帶來了巨大挑戰 。

一、行星絲杠要檢測哪些核心參數？

如圖，典型參數：

1. 接觸曲率半徑R

2. 行星滾柱中徑d1

3. 行星滾柱導程p

4. 牙型角θ、螺旋升角α、牙底牙頂凸弧r

二、為什么行星滾柱絲杠難以測量？

與傳統滾珠絲杠的點接觸不同，行星滾柱絲杠依靠眾多螺紋滾柱在主絲杠周圍進行行星運動，是通過外凸曲率接觸溝道進行傳動 。這種結構導致了以下測量痛點：

1. 幾何結構復雜：涉及標準式、反向式、循環式等多種結構，且存在多頭螺紋（如導程=頭數×螺距） 。

2. 接觸角計算難：所有的接觸數據（牙型角、接觸點中徑等）必須以**法向接觸**為基準，需要復雜的軸向轉法向計算 。

3. 微小部件誤差：尤其是小滾柱的測量，傳統方法中由于圓弧角很小，軟件擬合分析時左右側凸弧容易產生較大誤差 。

三、核心解決方案：中圖儀器智能掃描測量技術

針對上述痛點，中圖儀器推出了基于測針接觸掃描的超精密測量解決方案。該方案利用高精密氣浮軸承和高精度光柵，結合智能化算法，實現了對行星滾柱絲杠的全參數自動化檢測 。

1. 測量原理與設備優勢

人形機器人行星絲杠測量原理：

SJ5700DUAL雙向掃描型輪廓儀在測量滾珠絲桿的過程中，掃描測針會沿著絲桿目前方向均勻接觸移動，通過測針接觸點反饋回來的坐標點，在軟件中繪制實時的坐標。掃描完成后在軟件界面，通過專用滾珠絲桿模塊，進行滾珠絲桿的各種常用參數分析。

設備優勢：

該設備支持車間現場和實驗室環境，單次全自動檢測過程不超過2分鐘。

2. 傳統技術vs智能主動式掃描

這是該方案的技術突破點。相比于傳統的隨動式掃描，智能主動式掃描提高了數據的可靠性。

3.全參數測量能力：從尺寸到粗糙度

該方案不僅能測“準”，還能測“全”。對于人形機器人執行器而言，表面質量與尺寸精度同等重要。

（1）幾何尺寸全覆蓋

通過一次掃描，軟件即可計算出以下關鍵參數：

（2）粗糙度與波紋度分析

針對絲杠的高精密磨削工藝（通常要求Ra < 0.14μm），該設備可同時進行微觀形貌分析：

4.實際測量數據

①采用新算法軟件軸轉法向計算理論數據結果

（通過結果可看出法向接觸曲率接觸角誤差不超過1’，牙側曲率理論誤差不超過0.1um）

②行星絲杠小滾柱實測結果

③行星絲杠牙側粗糙度測量

④行星絲杠反向螺母測量

⑤行星絲杠其他參數測量

RV小滾柱左右側牙面粗糙度Sa及波紋度Wsa測量：

執行器總裝行星絲杠導程精度測量：

四、行業前景與應用價值

隨著人形機器人執行器市場預計在2030年超過1250億元，行星滾柱絲杠作為占比高達24%的核心零部件，其量產質量控制至關重要 。

在制造環節，無論是采用螺紋磨、高速硬車還是旋風銑工藝，高精度的測量反饋都是調整加工參數的基礎 。中圖儀器的測量方案為國內企業在這一制造領域提供了可靠的“尺子”，確保每一個“關節”都能精準驅動未來。

注：本文數據及技術參數引自《人形機器人直驅關節制造過程的精密尺寸測量方案》及中圖儀器相關技術文檔。