超精密测量赋能人形机器人：行星滚柱丝杠 1μm 级定位精度检测方案解析

要在生活和工业场景中像人类一样完成复杂任务，机器人需要极其灵活且强劲的“关节"。行星滚柱丝杠凭借其高承载能力（比滚珠丝杠高6~15倍）、体积小（节省1/3空间）和长寿命（提高10倍以上）的特性，成为了髋关节、膝关节等核心部位的直线执行器 。

然而，这种核心零部件结构复杂，包含丝杠、行星滚柱、内齿圈等多部件，且涉及多头螺纹和复杂曲面，给制造后的精密测量带来了巨大挑战 。

一、行星丝杠要检测哪些核心参数？

如图，典型参数：

1. 接触曲率半径R

2. 行星滚柱中径d1

3. 行星滚柱导程p

4. 牙型角θ、螺旋升角α、牙底牙顶凸弧r

二、为什么行星滚柱丝杠难以测量？

与传统滚珠丝杠的点接触不同，行星滚柱丝杠依靠众多螺纹滚柱在主丝杠周围进行行星运动，是通过外凸曲率接触沟道进行传动 。这种结构导致了以下测量痛点：

1. 几何结构复杂：涉及标准式、反向式、循环式等多种结构，且存在多头螺纹（如导程=头数×螺距） 。

2. 接触角计算难：所有的接触数据（牙型角、接触点中径等）必须以**法向接触**为基准，需要复杂的轴向转法向计算 。

3. 微小部件误差：尤其是小滚柱的测量，传统方法中由于圆弧角很小，软件拟合分析时左右侧凸弧容易产生较大误差 。

三、核心解决方案：中图仪器智能扫描测量技术

针对上述痛点，中图仪器推出了基于测针接触扫描的超精密测量解决方案。该方案利用高精密气浮轴承和高精度光栅，结合智能化算法，实现了对行星滚柱丝杠的全参数自动化检测 。

1. 测量原理与设备优势

人形机器人行星丝杠测量原理：

SJ5700DUAL双向扫描型轮廓仪在测量滚珠丝杆的过程中，扫描测针会沿着丝杆目前方向均匀接触移动，通过测针接触点反馈回来的坐标点，在软件中绘制实时的坐标。扫描完成后在软件界面，通过专用滚珠丝杆模块，进行滚珠丝杆的各种常用参数分析。

设备优势：

该设备支持车间现场和实验室环境，单次全自动检测过程不超过2分钟。

2. 传统技术vs智能主动式扫描

这是该方案的技术突破点。相比于传统的随动式扫描，智能主动式扫描提高了数据的可靠性。

3.全参数测量能力：从尺寸到粗糙度

该方案不仅能测“准"，还能测“全"。对于人形机器人执行器而言，表面质量与尺寸精度同等重要。

（1）几何尺寸全覆盖

通过一次扫描，软件即可计算出以下关键参数：

（2）粗糙度与波纹度分析

针对丝杠的高精密磨削工艺（通常要求Ra < 0.14μm），该设备可同时进行微观形貌分析：

4.实际测量数据

①采用新算法软件轴转法向计算理论数据结果

（通过结果可看出法向接触曲率接触角误差不超过1’，牙侧曲率理论误差不超过0.1um）

②行星丝杠小滚柱实测结果

③行星丝杠牙侧粗糙度测量

④行星丝杠反向螺母测量

⑤行星丝杠其他参数测量

RV小滚柱左右侧牙面粗糙度Sa及波纹度Wsa测量：

执行器总装行星丝杠导程精度测量：

四、行业前景与应用价值

随着人形机器人执行器市场预计在2030年超过1250亿元，行星滚柱丝杠作为占比高达24%的核心零部件，其量产质量控制至关重要 。

在制造环节，无论是采用螺纹磨、高速硬车还是旋风铣工艺，高精度的测量反馈都是调整加工参数的基础 。中图仪器的测量方案为国内企业在这一制造领域提供了可靠的“尺子"，确保每一个“关节"都能精准驱动未来。

注：本文数据及技术参数引自《人形机器人直驱关节制造过程的精密尺寸测量方案》及中图仪器相关技术文档。