文｜编辑部

行星滚柱丝杠，正在成为人形机器人执行器领域的新焦点。

近日，五洲新春、双林股份、震裕科技、北特科技、长盛轴承等多家零部件上市公司都在加速布局转型行星滚柱丝杠领域，相关企业合计规划投资金额已超过60亿元。

而早在热潮之前，开普勒机器人就已经前瞻性地布局丝杠技术路线，推出结合串并联结构，采用滚柱丝杠执行器与旋转执行器相结合方案的人形机器人。

今年上半年，开普勒已成功完成三轮融资，截止目前已成功引入了7家产业上市公司股东：伟创电气、柯力传感、兆丰股份、汉威科技、乔锋智能、福然德、涛涛车业等。

资本和制造能力的集中涌入，正将这一过去较为冷门的传动部件，推向智能机器人产业链的前台。

当下，行星滚柱丝杠缘何成为“兵家必争之地”？针对这一趋势，开普勒机器人硬件总监张敏梁在近期技术分享直播中给出了深度解析，系统拆解了开普勒为何选择行星滚柱丝杠，以及这背后的工程逻辑与落地挑战。

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什么是行星滚柱丝杠？

行星滚柱丝杠是一种高精度线性传动部件，能够将电机的旋转运动高效转化为直线运动。其核心工作原理基于“行星传动 + 螺纹啮合”的复合结构，通过多枚滚柱在丝杠与螺母之间协同运动，实现力的稳定传递与精确定位。该机构具有典型的多体、多副、多点接触特性，能够在复杂负载条件下保持良好的传动刚性与重复精度。

经过长期发展，行星滚柱丝杠已演化出多个结构变体，在传动效率、承载能力、尺寸适配等方面形成各具优势的类型。其中，通过对不同结构形式的性能对比与工程适配性分析，目前在人形机器人领域得到广泛采用的是“反向式”行星滚柱丝杠结构。

所谓“反向式”，是指滚柱随丝杠本体一同沿轴向运动，而螺母保持相对固定。这种布局不仅在结构上更适应人形机器人狭小的关节空间，而且在推力输出路径、模组集成方式以及电机配合上具备更高的灵活性与效率，是当前人形机器人主流线性执行器的关键演进方向之一。

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为什么它适合人形机器人？

行星滚柱丝杠在大负载、高精度和长续航三个维度上的优势，使其成为人形机器人执行器体系中极具发展潜力的方案。

1.大负载

从载荷传递方式来看，行星滚柱丝杠采用的是螺纹滚柱与丝杠之间的线接触结构，相比传统滚珠丝杠的点接触模式，线接触不仅接触面积更大，受力点也更多，能更均匀地分散载荷，显著提升抗冲击能力与承载性能。

实测表明，在同规格条件下，行星滚柱丝杠的静/动态承载能力通常是滚珠丝杠的3至6倍，在某些重载场景中甚至可达10倍以上。此外，该结构通常在主丝杠周围布置6至12根滚柱，形成多滚柱协同承载的结构体系，不仅提升了结构强度，也增强了冲击负载下的稳定性。

2.高精度

行星滚柱丝杠在精度控制方面的优势，首先体现在其螺纹结构设计上。其常采用小导程角的非圆弧型螺纹，这类设计便于实现微米级导程控制精度。在满足JIS C3 等级标准下，315mm 行程内的导程误差可控制在1.2 μm 以内。

其次，线接触结构在传动过程中可更均匀地传递力与位移，显著减少因接触点集中的局部误差，提升运动的平稳性与重复定位精度。

第三，其出色的精度保持能力还源自于整体承载能力和抗形变能力的提升。由于滚柱围绕丝杠以行星式方式布置，形成多点协同支撑结构，使其在承受高静载和动态载荷时变形更小，能更长时间保持精确的位置控制。

此外，其系统刚性也更高。大量滚柱沿行星方式分布，与丝杠形成多点线接触结构，使其具备更强的抗变形能力。在高负载状态下，仍能保持较小的形变量，从而有效避免因刚性不足导致的位置偏差。相比之下，传统滚珠丝杠在刚性和高负载工况下的稳定性相对较弱。

3.长续航

续航能力是限制人形机器人长时间作业能力的核心因素之一。在实际应用中，机器人工作周期中小负载运行阶段占据多数，而传统旋转执行器（如谐波驱动）在低负载状态下能效表现不佳，成为整体能耗的主要来源。

相比之下，采用行星滚柱丝杠的直线执行器在效率波动控制方面具有显著优势。一方面，直线执行器的传动效率受负载变化影响较小；另一方面，由于行星滚柱丝杠具备天然的“自锁”能力，可在关节保持静止或承受外部反向载荷时显著降低电机能耗，甚至实现完全断电保持。而旋转执行器（如谐波减速器）难以实现自锁，需电机持续输出平衡反驱负载，能耗较高。

例如，当机器人双臂搬运物料并保持静止站立时，虽然整体处于移动状态，但上肢关节必须长时间承载物体重力并维持固定姿态。此时，若使用传统减速方案，电机需持续输出力矩对抗重力，导致功耗显著增加。相对而言，采用行星滚柱丝杠的直线执行器可凭借其自锁结构，在无主动驱动的情况下维持姿态，显著降低关节系统功耗。

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如何应用行星滚柱丝杠？

在工业级人形机器人研发中，开普勒机器人围绕“高负载、长续航、高精度控制与高性价比”四大目标，构建了一套高度集成化的执行器系统方案，行星滚柱丝杠正是其中关键的一环。

通过设计创新、热处理工艺优化、加工技术攻关，和与国内设备厂商深度合作，开普勒针对行星滚柱丝杠的各项技术挑战实现了系统性突破，并积累了一套完整的技术体系。凭借技术突破，开普勒机器人成为国内实现行星滚柱丝杠自研量产并成功应用于人形机器人的企业。

1.应用于关键负载关节，实现高性能承重

以开普勒旗下的通用人形机器人先行者K2“大黄蜂”为例，该产品具备175cm身高、75kg体重、52个自由度，并已在包括上汽通用工厂在内的多个工业实训场景中完成测试。

K2的核心驱动系统由开普勒自主研发，涵盖行星滚柱丝杠直线执行器与精旋动力旋转执行器两类模块。其中，前者被重点部署在髋关节、膝关节、踝关节等高负载部位，以及肘部、腕部等具备复杂搬运工况的关节位置。

之所以选择在这些关键部位使用行星滚柱丝杠，一方面是因为该部件具备出色的载荷能力与刚性稳定性，能够满足工业应用中高频次、长时间运行的可靠性要求；另一方面，丝杠所驱动的是直线运动，需通过连杆机构完成对旋转动作的转换。这一设计在结构上更接近人体肌肉的力学特征，有助于实现机器人质心与惯量的合理分布，从而提升整机的动态稳定性与能效表现。

此外，相较于直接采用旋转模组，连杆结构无需复杂且高成本的交叉滚子轴承承受弯矩，整体结构强度更高、装配维护更简便。而在动力学性能方面，通过对连杆比的精细优化，K2可实现转矩与速度输出曲线的动态匹配：例如在模拟人类蹲姿时，关节角度接近极限、负载需求最大，而速度需求反而较低，此时优化连杆设计可让电机在较低转速下输出更大力矩，从而实现高效控制。

2.双臂30公斤搬运，推动执行器性能进阶

开普勒K2“大黄蜂”采用自研行星滚柱丝杠执行器，其独有的运动特性，可以达到动态作业提升节能率，静态功耗近乎归零，为机器人的续航能力提供保障。实测数据显示，K2“大黄蜂”结合串并联结构设计与滚柱丝杠方案，单臂可承载15公斤，双臂协同搬运负载达30公斤，并在充电1小时后可持续工作8小时。

在搬运能力方面，K2的双臂负载30公斤的性能目标，超过一般人体工学推荐标准（约23.8公斤），并能在负载重心距离人体重心250mm以内实现最大搬运效果。随着负载距离增加，其承载能力会按比例下降，但仍具备在650mm距离下搬运15公斤的能力，对应真实工业中大尺寸金属件上下料等工序。

此外，在控制精度方面，K2配备了自研的“精旋动力”旋转执行器，可实现毫米级精度操作，适应复杂任务要求。同时，其搭载的“巧手大师”灵巧手系统具备11个自由度和25个力触点，配合六维力传感手腕，在操控稳定性和灵敏度方面大幅提升，使其能够胜任具有高精度要求的检测、抓取等工序。

在实训中，K2完成了包括车缝检测、金属冲压件上料、大型金属部件搬运等多个任务，均依赖于其高精度执行器系统。例如，在金属上料工序中，其搭载的11自由度灵巧手需要精准完成异形部件的抓取与定位，这要求执行器在复杂空间姿态变化下仍保持毫米级精度输出。传统旋转方案在此类工况下易因电机发热导致杆件发生热变形引起机器人精度变差，而采用反向式行星滚柱丝杠则在长行程、重负载状态下表现出良好的热控性能与稳定性。

3.软硬协同设计，发挥丝杠结构节能潜力

在能效优化方面，K2不仅依托硬件优势，更在控制策略层面进行了系统性设计。通过引入反驱能耗优化策略，K2充分发挥行星滚柱丝杠在关节静止状态下的“自锁”特性。在机器人静止持物等典型工况中，直线执行器可在断电或低电流状态下保持姿态，大幅降低电机功耗，为整机节能提供坚实基础。

与此同时，结合开普勒自研的控制系统，机器人可实时感知外力与姿态变化，通过位置传感器与六维力控算法动态调节输出，实现更高能效的运行状态。

综上，开普勒通过将行星滚柱丝杠直线执行器+连杆机构+自研控制策略深度融合，构建出兼具高负载能力、精确控制、能效优化与机构稳定性的通用人形机器人关节解决方案，为机器人在工业实际落地中的可靠运行提供了坚实基础。

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结语：穿越落地深水区

从特斯拉率先在Optimus中采用行星滚柱丝杠，到开普勒机器人在工业场景中实现实际部署，这一技术路线正逐步从概念验证走向规模落地。

然而，开普勒机器人硬件总监张敏梁也在直播中坦言：“尽管行星滚柱丝杠在承载能力、精度控制与能耗表现方面具有突出优势，但其高性能背后伴随着高设计难度、高制造门槛与高成本挑战。无论是热处理工艺、加工一致性，还是检测与装配的标准化，当前仍需产业链各环节的持续协同攻坚。”

推动这一关键部件从“能用”走向“好用”，再走向“用得起”“大规模部署”，仍是一场技术深水区的接力赛。行星滚柱丝杠作为人形机器人核心执行系统的重要候选之一，正站在产业化拐点上，也考验着整个高端制造体系的系统能力与工程化底座。