當(dāng)前，人形機器人關(guān)節(jié)模組正朝著高度集成化演進：諧波、行星、擺線以及絲杠等多種傳動形式被壓縮進更小的空間內(nèi)。關(guān)節(jié)越緊湊，傳動部件越精密，對質(zhì)量的敏感度就越高，因為傳動部件決定了動力如何被穩(wěn)定、可控地傳遞為機器人關(guān)節(jié)的角度與位移。

傳動部件這0.001mm的誤差，會讓機器人的動作差多少、壽命掉多少？

探索人形機器人

精準(zhǔn)動作背后的質(zhì)量奧秘

▲ 人形機器人中的關(guān)節(jié)模組對應(yīng)的傳動部件(部分圖片由AI生成)

     小模數(shù)齒輪因高精度、低噪音的特點，成為人形機器人關(guān)節(jié)模組的核心傳動件之一，其模數(shù)范圍通常≤1mm，有些微小模數(shù)齒輪甚至要求模數(shù)范圍≤0.3mm。人形機器人具身智能的使用場景對諸如機器人上臂、靈巧手等關(guān)節(jié)模組有極高的壽命和安全冗余要求，因此小模數(shù)齒輪在尺寸加工、熱處理和裝配環(huán)節(jié)都面臨著不小的質(zhì)量挑戰(zhàn)。

▲ 光學(xué)顯微鏡放大1000倍觀測的微模數(shù)尺寸的齒形全貌

三重質(zhì)量挑戰(zhàn)

尺寸加工誤差影響性能

     微小模數(shù)齒輪受其幾何尺寸和機械性能的影響，對加工精度要求極高，加工機床的參數(shù)不正確、傳動、工件安裝出現(xiàn)誤差都會導(dǎo)致關(guān)鍵尺寸偏差，從而影響齒輪的性能：

齒廓偏差會影響嚙合剛度、傳動平穩(wěn)性與噪音；

齒距累積總偏差直接影響傳動的角度精度和回差；

齒向偏差會影響載荷分布均勻性，不當(dāng)會導(dǎo)致偏載與早期磨損。

熱處理變形壓縮尺寸公差

     機加工導(dǎo)致的殘余應(yīng)力會影響齒輪壽命，適當(dāng)?shù)臒崽幚韯t可以提高小模數(shù)齒輪的強度。但熱處理的過程會影響齒輪的尺寸，如滲氮處理會導(dǎo)致尺寸的變形，進一步壓縮了齒輪的形位公差范圍。

裝配精度影響嚙合質(zhì)量

     人形機器人關(guān)節(jié)模組對齒輪的裝配精度要求極高，例如，諧波減速器通常要求背隙值小于1弧分。裝配精度不足會導(dǎo)致齒輪嚙合間隙失控，傳動效率降低，并且可能會產(chǎn)生周期性沖擊振動，引發(fā)高頻振動和噪音，造成傳動部件疲勞損傷，縮短部件壽命。

打造質(zhì)量閉環(huán)

蔡司三坐標(biāo)測量技術(shù)

實現(xiàn)單件齒輪尺寸檢測，驗證加工精度及熱處理尺寸影響。

▲ZEISS CONTURA

▲ZEISS MICURA 

▲ ZEISS PRISMO

     蔡司三坐標(biāo)測量設(shè)備針對人形機器人的微小模數(shù)齒輪和絲杠，可以在一次裝夾中完成多項主要參數(shù)的主動測量，配合小模數(shù)測針及ZEISS GEAR PRO齒輪測量軟件模塊，即可輕松實現(xiàn)四個維度的測量：

齒形精度

齒廓偏差：實際齒廓與理論漸開線的偏離量，包括齒形誤差、壓力角誤差等。

齒向精度

螺旋線偏差：實際齒面沿齒寬方向與理論螺旋線的偏離量，包括齒向誤差、螺旋角誤差等。

齒距精度

單個齒距偏差：相鄰兩齒間的角度/弧長誤差；

齒距累積總偏差：整個齒輪上任意齒距偏差的累積最大值。

滾柱絲杠精度

滾柱的導(dǎo)程、螺距、三針徑、圓柱度、外徑、內(nèi)徑尺寸。

▲ 蔡司三坐標(biāo)測量設(shè)備搭配GEAR PRO軟件模塊的齒輪齒距測量報告

蔡司工業(yè)CT技術(shù)

實現(xiàn)齒輪裝配過程中嚙合背隙無損檢測。

▲ ZEISS METROTOM 800

     區(qū)別于傳統(tǒng)的檢測方式，蔡司工業(yè)CT設(shè)備可對裝配好的齒輪的嚙合背隙進行高精度無損檢測，在靜態(tài)狀態(tài)下獲取裝配好齒輪的可溯源三維體積數(shù)據(jù)，進行準(zhǔn)確的嚙合狀態(tài)分析，對具體位置的背隙進行精準(zhǔn)測量，評估裝配精度。

▲ 工業(yè)CT檢測齒輪嚙合背隙尺寸

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蔡司人形機器人齒輪解決方案

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