什么是行星滚柱丝杠?特斯拉为什么押注它?
滚柱丝杠通过带螺纹的滚柱,把电机的旋转变成直线方向的力。它比滚珠丝杠承载更大、寿命更长,但价格要高好几倍。
简短回答: 行星滚柱丝杠是直线执行器里的传动部件。带螺纹的滚柱在螺母里绕着丝杠公转,转动丝杠(或螺母)就能推动一根杆走直线。人形机器人把这种执行器当作肌肉,用来带动膝、踝或肘关节。
滚柱丝杠与滚珠丝杠
| 滚珠丝杠 | 行星滚柱丝杠 | |
|---|---|---|
| 接触方式 | 循环滚珠点接触 | 滚柱沿螺纹线接触 |
| 同等螺母长度下的承载 | 较低 | 较高 |
| 同等负载下的寿命 | 较短 | 长好几倍 |
| 工作制 | 低负载率、较高速度 | 中等速度下可 100% 连续工作 |
| 效率(Tolomatic 数据) | 约 80% | 约 75–80% |
| 参考价格 | 约 200–600 元 | 约 2,000 元 |
价格来自供应商报价,变化很快,只能当数量级参考。
特斯拉为什么选它
特斯拉 2022 年的 Optimus 设计用了 28 个执行器,其中直线执行器的额定推力从 500 N 到 8,000 N。据供应链报道,目前的机身有 14 个旋转执行器和 14 个直线执行器,直线执行器以行星滚柱丝杠为核心。直线执行器适合膝、踝这类受力大、冲击多的关节,而滚柱丝杠能把冲击分散到许多螺纹接触点上。
代价
- 成本。 在一份供应商成本拆分中,滚柱丝杠约占直线执行器成本的 64%。
- 反驱性。 细导程丝杠很难被反向推动,所以执行器通常需要额外的力传感器来感知接触;低减速比的旋转关节可以通过电机电流感知接触。
- 全行程扭矩。 直线执行器在关节处的等效扭矩随角度变化,在行程中段最大。
- 制造。 精密螺纹磨削让滚柱丝杠难以大规模量产。
不是所有人形机器人都用它,比如宇树 G1 用的是旋转执行器。供应商对比见我们的 行星滚柱丝杠排名。