滚子螺钉在机器人应用中解锁峰值性能

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作者:Michael Boudreau, P.Eng。，应用工程经理，Rollvis SA

你可能不熟悉滚柱丝杠，但这些紧凑，高效的丝杠驱动器是日常设备和产品生产中的一项重要技术。事实上，在你的汽车的制造和装配过程中，可能有超过20个滚柱螺钉，执行冲孔、弯管和铆接等功能。

但滚柱丝杠并不只适用于汽车应用和注塑和机械加工等重工业。相反，滚柱螺钉可以产生最小的位移(运动)，任何螺钉技术，同时保持非常安静和平稳的操作，使其理想的应用在各种各样的机器人领域。

机器人需要什么:高效率，体积小巧

说到精密丝杠技术，有三种基本的选择:丝杠、滚珠丝杠和滚子丝杠。丝杠在设计和材料选择上是通用的，但它们的效率和负载能力相对较差。滚珠丝杠具有良好的效率，但当应用要求较小的丝杠直径和低铅时，承载能力受到影响，因为承载球也必须非常小。另一方面，滚轮螺钉在紧凑的整体尺寸中具有良好的推力能力，以及优异的效率-所有世界上最好的。举个例子:当比较直径相似的不同丝杠技术的负载能力和效率值时，都使用1mm的导丝，一根滚柱丝杠的负载能力是滚珠丝杠的四倍，效率是丝杠的两倍。

这种性能和设计特点的结合使滚子螺钉成为许多机器人和机器人相关应用的理想解决方案。例如，使用线性激活关节连接的机器人(类似于你的肱二头肌控制前臂运动的方式)受益于滚柱螺杆执行器的较高负载额定和较低重量。

在机器人夹持器的应用中，滚柱螺钉可以提供非常高的夹持力水平，这是安全夹持所需要的，并且可以用最小的扭矩输入做到这一点。这种高力和低输入扭矩的组合的关键是使用具有非常小的引线的螺钉，如Rollvis RVR型再循环滚子螺杆，它可以用0.5毫米甚至0.25毫米的引线制造

滚柱丝杠也可用于机械臂的末端加工。在这些应用中，滚柱丝杠在小包装中产生高推力的能力比其他解决方案具有优势。这是因为保持较低的重量(质量)对位于机器人手臂末端的部件至关重要。位于机器人手臂末端的重物会产生巨大的惯性，使得精确控制机器人的运动变得更加困难，在某些情况下，需要更大的电机和其他传动系统组件。这种优良的功率重量比是机器人点焊机和自动铆接机绝大多数使用滚柱螺钉作驱动的关键原因。

机器人和移动应用的趋势

现代计算、制造方法和电池技术导致了自动化和电气化的快速发展，创造了许多新的机器人和移动应用程序，这在几年前是不可能的。的发展就是一个例子活跃的假肢(由马达驱动的假肢)，这极大地改善了截肢者的功能和使用。

大型工业机器人的每个关节都使用自己的电机和变速箱，与之不同的是，许多主动假肢使用螺旋驱动线性驱动，这使得设计更小、更轻、更坚固。虽然各种类型的螺钉可以用于活动假体，但滚柱螺钉比其他技术提供了一个重要的优势——无与伦比的性能与尺寸比。例如，直径只有3.5毫米的滚柱螺杆——小到可以放在手掌里——可以推动500磅的负载，并在微米和亚微米范围内执行动作，以更好地模拟人类的关节和手指。

动力外骨骼是另一项快速发展的机器人技术。事实上，从2021年到2026年，外骨骼市场预计将增长46%以上，动力外骨骼在增长中占更大份额(与被动外骨骼相比)。¹．

尽管我们希望能够编写机器人来承担对人类来说过于繁重或冒险的任何手工任务，但这其中存在太多变数，无法在许多应用中实现，比如在住宅院子里修剪树枝。解决方案是人类驱动(外骨骼)或主动控制机器人。该解决方案结合了人工决策，降低了风险，减少了伤害，提高了起重能力。和假肢一样，外骨骼也面临着重量、尺寸和复杂性的设计限制。在这里，同样，极高的力与尺寸和力与重量比，使滚子螺钉成为理想的解决方案。

机器人应用程序变得越小、越移动，功耗、尺寸和重量等属性就越成为制约因素。无论是无人机、自主水下航行器(auv)还是天基探测车，需求都是相似的:在尽可能小的占地范围内实现高效率、强度和可靠性。无论它的尺寸，外形，用途如何，Rollvis提供了一种滚子螺杆设计，可以提供推力、尺寸、重量和效率的理想组合，以提高性能和可靠性。

1. 《市场与市场》外骨骼市场按部件(硬件和软件)、类型(动力和被动)、机动性(固定和移动)、身体部位(下半身、上半身和全身)、垂直(医疗保健、国防和工业)和地理分类——到2023年的全球预测

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