當前，人形機器人關節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。關節越緊湊，傳動部件越精密，對質量的敏感度就越高，因為傳動部件決定了動力如何被穩定、可控地傳遞為機器人關節的角度與位移。

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

精準動作背后的質量奧秘

▲ 人形機器人中的關節模組對應的傳動部件(部分圖片由AI生成)

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

▲ 光學顯微鏡放大1000倍觀測的微模數尺寸的齒形全貌

三重質量挑戰

尺寸加工誤差影響性能

微小模數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，加工機床的參數不正確、傳動、工件安裝出現誤差都會導致關鍵尺寸偏差，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，不當會導致偏載與早期磨損。

熱處理變形壓縮尺寸公差

機加工導致的殘余應力會影響齒輪壽命，適當的熱處理則可以提高小模數齒輪的強度。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量

人形機器人關節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。裝配精度不足會導致齒輪嚙合間隙失控，傳動效率降低，并且可能會產生周期性沖擊振動，引發高頻振動和噪音，造成傳動部件疲勞損傷，縮短部件壽命。

打造質量閉環

蔡司三坐標測量技術

實現單件齒輪尺寸檢測，驗證加工精度及熱處理尺寸影響。

▲ZEISS CONTURA

▲ZEISS MICURA

▲ ZEISS PRISMO

蔡司三坐標測量設備針對人形機器人的微小模數齒輪和絲杠，可以在一次裝夾中完成多項主要參數的主動測量，配合小模數測針及ZEISS GEAR PRO齒輪測量軟件模塊，即可輕松實現四個維度的測量：

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

滾柱的導程、螺距、三針徑、圓柱度、外徑、內徑尺寸。

▲ ZEISS METROTOM 800

區別于傳統的檢測方式，蔡司工業CT設備可對裝配好的齒輪的嚙合背隙進行高精度無損檢測，在靜態狀態下獲取裝配好齒輪的可溯源三維體積數據，進行準確的嚙合狀態分析，對具體位置的背隙進行精準測量，評估裝配精度。