人形機器人核心零部件梳理之行星滾柱絲杠

年初，特斯拉人形機器人Optimus GEN 2的新視頻放出，提速30%且流暢的步行能力與惟妙惟肖的擬人姿態(tài)，令人印象深刻，仿佛感受到了人形機器人商業(yè)化即將到來的氣息。馬斯克提到，具身人形機器人將會與人類有機融合，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療等方方面面，未來將達(dá)到與人類為2：1的比例，且不論是否成真，毫無疑問的是，人形機器人產(chǎn)業(yè)有著極為廣闊的市場和應(yīng)用場景。

作為人形機器人的核心減速部件之一，行星滾柱絲杠在特斯拉的Optimus機器人身上有著高達(dá)10-14個直線關(guān)節(jié)應(yīng)用，在行走運動中扮演著至關(guān)重要的角色。本文將對人形機器人中的行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理，分析其結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點以及在人形機器人中的應(yīng)用。

一、行星滾柱絲杠的結(jié)構(gòu)與工作原理

行星滾柱絲杠是一種高精度的傳動裝置，主要由絲杠、滾柱、螺母、內(nèi)齒圈、保持架以及彈性擋圈等部分組成。其工作原理是通過行星滾柱在絲杠上的滾動，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，從而實現(xiàn)機器人的精確位移。

二、行星滾柱絲杠的性能特點

高精度：行星滾柱絲杠采用精密的制造工藝和材料，具有較高的傳動精度和重復(fù)定位精度，能夠滿足人形機器人對運動控制的高要求。

高承載能力：行星滾柱絲杠的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，能夠承受較大的負(fù)載，確保機器人在各種復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運行。

長壽命：采用優(yōu)質(zhì)的耐磨材料和先進(jìn)的潤滑技術(shù)，行星滾柱絲杠具有較高的耐磨性和耐用性，能夠降低機器人的維護成本。

低噪音：行星滾柱絲杠在運行過程中產(chǎn)生的噪音較低，有助于提升機器人的使用體驗。

三、行星滾柱絲杠在人形機器人中的應(yīng)用

關(guān)節(jié)驅(qū)動：行星滾柱絲杠作為人形機器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動部件，能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)節(jié)的精確轉(zhuǎn)動和定位，使機器人能夠模擬人類的運動姿態(tài)。

步態(tài)控制：通過精確控制行星滾柱絲杠的位移和速度，可以實現(xiàn)人形機器人步態(tài)的平穩(wěn)過渡和精確調(diào)整，提高機器人的行走穩(wěn)定性和舒適性。

動作執(zhí)行：在機器人的抓取、操作等動作中，行星滾柱絲杠能夠提供穩(wěn)定的動力輸出和精確的位置控制，確保機器人能夠準(zhǔn)確執(zhí)行各種任務(wù)。

對特斯拉optimas機器人關(guān)節(jié)的分析研報，我們得知，一共使用了14個線性關(guān)節(jié)，包括大臂*2、小臂*4、大腿*4、小腿*4，其中用到的行星滾柱絲杠預(yù)估為10-14個，在機器人一體化關(guān)節(jié)中的價值占比將接近20%。而一體化關(guān)節(jié)預(yù)計占人形機器人整體價值量的50%，可見其重要性。

四、結(jié)語

2023年11月，工信部正式下發(fā)文件《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，指出到2025年，要建立人形機器人的創(chuàng)新體系，確保大腦 小腦 肢體等一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破，整機產(chǎn)品達(dá)到國際先進(jìn)水平，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

行星滾柱絲杠作為人形機器人的核心零部件之一，其高精度、高承載能力和長壽命等特點使其成為人形機器人運動控制的關(guān)鍵部件。當(dāng)前，市場份額基本被歐洲品牌占據(jù)，因為制造工藝需要高精密的磨床及旋風(fēng)銑床，以及特種合金鋼、PCBN刀具、熱處理工藝等，國內(nèi)一直被卡脖子，而國際品牌單個產(chǎn)品的售價高達(dá)2萬元。不過，國內(nèi)的工業(yè)機床和基礎(chǔ)制造能力在飛速發(fā)展，包括諧波減速器在內(nèi)的一些關(guān)鍵零部件已經(jīng)有所突破，而行星滾柱絲杠將是人形機器人必須要解決的核心零部件，國內(nèi)不少企業(yè)已經(jīng)展開相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)，在巨大市場前景和國家政策及資本支持下，相信不久的將來會有所突破。

國家層面給出了指引和方向，人形機器人已經(jīng)不止是一個產(chǎn)品類別，而是一個國家工業(yè)綜合國力的重要體現(xiàn)，泰科機器人順勢而為，發(fā)揮自身16年伺服系統(tǒng)、運動控制領(lǐng)域的核心技術(shù)，全力沖刺人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈，推出純國產(chǎn)的采用線性行星滾柱絲杠的關(guān)節(jié)模組，力爭早日擺脫卡脖子，降本增效，為中國人形機器人的商業(yè)化和普及發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力！