La plupart des corps humanoïdes sont hybrides : des articulations rotatives pour les bras et la taille, et des actionneurs linéaires pour les articulations fortement sollicitées qui poussent contre le sol. À l’intérieur de presque toutes ces articulations linéaires se trouve une vis à rouleaux planétaires. Cet article explique son fonctionnement, pourquoi la version inversée s’est imposée, comment son pas influe sur la force et la vitesse, comment la loi cubique L10 transforme les valeurs nominales des catalogues en kilomètres de déplacement, et pourquoi le filetage interne de l’écrou explique que cette pièce ait autrefois coûté plus cher que le moteur qui l’entraîne.

Examinez presque n’importe quel démontage d’humanoïde réalisé au cours des deux dernières années : les jambes ne ressemblent pas aux bras. Les bras sont équipés de modules rotatifs compacts — moteur, réducteur et codeur sur l’axe de l’articulation. Les hanches, les genoux et les chevilles, eux, sont équipés de cylindres : un moteur entraîne une tige filetée qui pousse une bielle, faisant pivoter le membre autour d’un levier, comme un vérin hydraulique fait pivoter le bras d’une excavatrice. Lors de l’AI Day 2022, Tesla a présenté un corps Optimus doté de 28 actionneurs structurels répartis en six modèles : trois catégories rotatives de 20, 110 et 180 N·m, et trois catégories linéaires de 500, 3 900 et 8 000 N. Depuis, des informations de fournisseurs, notamment une analyse de démontage de 36Kr, indiquent que les 14 articulations linéaires de ce corps sont équipées de vis à rouleaux — toutes de type inversé, les huit plus fortement sollicitées étant situées dans les hanches, les genoux et les chevilles, et les autres dans les coudes et les poignets.

La vis à l’intérieur de ces cylindres n’est ni une vis trapézoïdale ni une vis à billes. C’est une vis à rouleaux planétaires, et c’est discrètement ce qui permet à un moteur de 2 kilogrammes de soulever une machine. Voici les éléments techniques dont un acheteur d’articulations a réellement besoin.

Deux façons de plier un genou

Un actionneur rotatif applique le couple exactement au niveau du pivot du genou : grande amplitude de mouvement, même courbe de couple à tous les angles et montage facile. Un actionneur linéaire est placé à côté du membre et en modifie la longueur. La poussée de la tige se transforme en couple articulaire par l’intermédiaire d’un bras de levier, dont la longueur effective varie avec l’angle de l’articulation. Cela semble être un inconvénient, jusqu’à ce que l’on remarque que les jambes humaines fonctionnent elles aussi ainsi : près de l’extension complète, le bras de levier effectif est court et l’articulation doit aller vite ; en flexion profonde, il est long et l’articulation doit fournir de la force.

C’est la vis qui assure la réduction. Un tour de moteur fait avancer l’écrou d’un pas — quelques millimètres — si bien qu’un petit moteur rapide produit une poussée de plusieurs milliers de newtons sans étage d’engrenage en amont. C’est pourquoi les robots conçus en priorité pour la locomotion continuent de la choisir pour les articulations qui entrent en contact avec le sol : la même propriété qui multiplie la force rend l’articulation naturellement résistante aux chocs, et la tige de poussée sollicite la vis en compression axiale pure, au lieu de fléchir la bride de sortie d’un réducteur.

Les compromis concernent la vitesse et l’encombrement. Un genou entraîné par vis a besoin d’espace pour sa course le long du membre, et son enveloppe de force dépend de l’angle. C’est pourquoi presque personne n’adopte une architecture entièrement linéaire : l’industrie a opté pour des corps mixtes, comme nous l’avons expliqué dans notre comparatif dessolutions à entraînement direct et à réducteur pour les articulations rotatives. Pour les fabricants qui standardisent les modules rotatifs dans le haut du corps, les actionneurs articulaires intégrés restent l’architecture de référence : la vis linéaire les complète au lieu de les remplacer.

Cinq composants, un mouvement

Une vis à rouleaux planétaires comprend cinq familles de pièces : une vis, un écrou, une couronne de rouleaux filetés entre les deux, deux couronnes dentées fixées à l’intérieur de l’écrou et deux cages qui maintiennent les rouleaux espacés.

La vis et l’écrou présentent des filetages triangulaires à plusieurs entrées. Les rouleaux, eux, ont un filetage à une seule entrée et à profil arrondi ; chaque rouleau est ainsi en contact avec la vis et l’écrou sur de nombreuses petites zones de contact, au lieu de reposer sur quelques billes. Les dents droites à chaque extrémité de chaque rouleau engrènent avec les couronnes dentées, maintenant les rouleaux parallèles à l’axe de la vis ; les cages les espaceraient régulièrement. Quand la vis tourne, les rouleaux gravitent autour d’elle comme des planètes, tout en tournant sur leur propre axe.

Toute la différence tient à cette géométrie. Une vis à billes concentre la charge sur une poignée de contacts ponctuels ; une vis à rouleaux la répartit sur des dizaines de contacts linéaires sur chaque rouleau. À encombrement égal, une vis à rouleaux supporte une charge dynamique plusieurs fois supérieure à celle d’une vis à billes — le chiffre généralement cité est d’environ trois fois, certaines sources avançant davantage —, affiche un rendement dans la même plage (environ 75 à 85 % selon les données des fabricants) et tolère beaucoup mieux les chocs : les contacts ponctuels se marquent sous l’effet des impacts, tandis que les contacts linéaires répartissent simplement la charge. Pour une articulation de jambe qui subit un impact à chaque pas, cette différence sépare une pièce conçue pour une durée de vie définie d’un consommable.

Standard, inversée, à recirculation

Les catalogues répartissent les vis à rouleaux en trois familles, et cette distinction explique la plupart des choix de conception des humanoïdes.

Source : données regroupées à partir du catalogue de vis à rouleaux d’un grand fabricant européen ; les limites de vitesse sont des maxima de courte durée, n en tr/min, d en mm.

La familleinversée est celle des humanoïdes. Ici, les rôles sont inversés : le moteur fait tourner l’écrou et la vis devient la tige de sortie, qui avance d’un pas à chaque tour de l’écrou. Seule la partie filetée de la vis nécessite des rouleaux, et l’écrou peut être intégré au rotor d’un moteur à arbre creux. L’ensemble de l’actionneur se réduit ainsi à un cylindre court : une couronne moteur, un écrou et une tige de poussée qui coulisse au centre. C’est l’architecture des catégories d’articulations linéaires du corps Optimus et de la plupart des conceptions privilégiant le linéaire depuis lors. Elle s’associe naturellement à la disposition à axe creux décrite dans notre article sur le passage de l’alimentation et des données dans l’axe des articulations humanoïdes.

Le typeà recirculation remplace les rouleaux filetés par des rouleaux rainurés, ramenés à leur position de départ par des cames après chaque orbite. Il permet des pas allant jusqu’à 1 mm — résolution plus fine, rigidité supérieure —, mais au prix d’une vitesse réduite. C’est pourquoi on le trouve dans les machines-outils et les tables de précision plutôt que dans les jambes.

Le pas est le nouveau rapport de réduction

Dans une articulation rotative, on choisit un rapport de réduction ; dans une articulation linéaire, on choisit un pas. En négligeant les frottements, la poussée produite par un couple moteur τ avec un pas L est la suivante :

poussée ≈ 2π × rendement × τ ÷ L

Un exemple chiffré permet d’en mesurer l’ordre de grandeur. La plus grande catégorie linéaire d’Optimus est donnée pour 8 000 N. Avec un pas de 5 mm et un rendement de 80 %, une poussée de 8 000 N nécessite environ 8,0 N·m à l’écrou. Avec un pas de 2 mm, la même force ne demande qu’environ 3,2 N·m — une valeur accessible à un moteur sans carcasse de petite taille, plutôt qu’à un ensemble d’articulation avec réducteur. Diviser le pas par deux double la poussée et divise la vitesse par deux.

Le coût réel se manifeste dans la vitesse. Avec un pas de 2 mm, pousser la tige à 100 mm/s exige une rotation de l’écrou à 3 000 tr/min. Un fonctionnement à grande vitesse chauffe également l’écrou plus rapidement qu’un réducteur rotatif, car tous les contacts de glissement et de roulement sont concentrés dans un filetage interne de faible longueur. Le rendement réel indiqué dans les catalogues dépasse 80 % pour les vis à rouleaux, et les fabricants recommandent de concevoir les systèmes en prenant un coefficient de frottement supérieur d’environ 30 % à la valeur de référence — soit environ cinq points de moins que la valeur théorique — ; la marge de poussée réelle est donc inférieure à ce que laisse supposer la formule.

Une autre propriété est importante pour les jambes : la plupart des vis à rouleaux sont réversibles. Une poussée exercée sur la tige fait tourner le moteur. C’est utile pour la récupération d’énergie et pour les contrôleurs qui détectent la force à partir du courant moteur, mais cela ne permet pas de maintenir une posture lorsque l’alimentation est coupée. C’est pourquoi les recommandations des catalogues préconisent d’ajouter un frein ou un étage irréversible chaque fois que l’articulation doit maintenir sa position sans alimentation.

La durée de vie obéit à une loi cubique

Chaque catalogue indique une capacité de charge dynamique, Cₐ : la charge axiale constante et centrée sous laquelle la durée de vie calculée — selon la méthode ISO 3408-5 — atteint un million de tours. La durée de vie varie ensuite comme le cube du rapport entre Cₐ et la charge réelle. Utilisée à la moitié de sa capacité nominale, la vis dure huit fois plus longtemps ; au quart de cette capacité, elle dure soixante-quatre fois plus longtemps.

Prenons une vis concrète — diamètre de 15 mm, pas de 5 mm, Cₐ = 26 kN (valeur de catalogue issue de la gamme privilégiée d’un grand fabricant européen), de petite taille et d’usage général : la loi cubique permet de calculer directement la distance parcourue :

Source : calcul L10 de base selon la norme ISO 3408-5, comme indiqué dans la documentation des catalogues de vis à rouleaux. L10 correspond à la durée de vie atteinte par 90 % de vis identiques ; le calcul ne tient pas compte de la contamination, du désalignement ni des défauts de lubrification.

Ce tableau appelle deux observations pratiques. Premièrement, une jambe humanoïde fonctionne la plupart du temps bien en dessous de sa charge maximale : une vis de cheville de catégorie 500 N utilisée pour la marche a, en pratique, une durée de vie presque illimitée à des charges moyennes ; sa capacité nominale sert à encaisser les réceptions. Deuxièmement — et c’est là que beaucoup se trompent —, les cycles de service mixtes ne se moyennent pas de manière linéaire. La durée de vie dépend d’une charge moyenne pondérée au cube : les deux secondes d’impact à la réception du pied comptent plusieurs ordres de grandeur de plus que les trente secondes de balancement sans effort entre deux pas. Dimensionner la vis d’une jambe en fonction de sa charge moyenne, c’est découvrir la loi cubique de la manière la plus coûteuse. Nous avons fait la même remarque plus tôt ce mois-ci au sujet des articulations rotatives, de leurs valeurs nominales L10 et de leurs modes de défaillance : la physique est identique, seule la direction de la charge change. La même prudence liée à la pondération cubique s’applique au bilan énergétique du dimensionnement d’une articulation — voir le bilan énergétique réel d’une articulation robotique.

Le défi du meulage

Pourquoi cette pièce, qui n’est au fond qu’une tige filetée, coûtait-elle plus cher que le moteur qui l’entraîne ? À cause d’une caractéristique : l’écrou inversé.

Son filetage interne à plusieurs entrées est long, étroit et trempé. Des sources du secteur de l’usinage décrivent des écrous destinés à la robotique mesurant généralement environ 150 mm de long, avec un alésage de 20 mm et un rapport longueur/diamètre de 5:1 à 8:1. Ils sont trempés à 60 HRC, présentent un état de surface Ra 0.4 et des tolérances de quelques micromètres seulement sur la circularité et la concentricité. Meuler un filetage interne au fond d’un alésage profond et étroit entraîne un porte-à-faux de l’outil, des vibrations et du broutage ; il faut donc travailler à faible vitesse, ce qui réduit le rendement. C’est dans la chaîne de procédés — tournage à l’état doux, traitement thermique, tournage dur, rectification de finition — que se trouvent les coûts.

La précision du pas est classée selon la norme ISO 3408-3 : la classe G5 standard autorise une variation de déplacement de 23 µm sur 300 mm, la classe G3 de 12 µm et la classe G1 de 6 µm. Les fournisseurs chinois proposent les classes C équivalentes, et les commentateurs chinois comme occidentaux s’accordent à dire que les classes de précision les plus élevées restent un domaine dans lequel la production nationale est en retard.

C’est aussi là que l’évolution des coûts est la plus rapide, et cette tendance compte davantage que n’importe quel chiffre que nous pourrions publier aujourd’hui. Les fournisseurs chinois nationaux ont lancé la production en série en 2026. Selon un article de China Daily publié en janvier 2026, une offre de détail nationale largement citée affichait un prix d’environ un dixième de celui pratiqué traditionnellement en Europe pour une spécification comparable. Il s’agit d’une comparaison portant sur une seule taille, et non d’un chiffre généralisable à toutes les références. Le même article indiquait qu’un humanoïde national utilisait déjà ces vis dans plus de vingt de ses articulations. Selon des informations de 36Kr, au moins une usine chinoise s’équipe pour atteindre une capacité annuelle d’un million de vis. La conséquence technique dépasse la question du prix : dès que la vis cesse d’être la pièce rare, les articulations linéaires cessent d’être une option haut de gamme et deviennent une architecture par défaut — avec des conséquences pour les fournisseurs de modules rotatifs qui méritent une analyse à part. Selon une analyse de démontage, la vis seule représente généralement environ 60 à 65 % du coût d’un actionneur linéaire, et la plupart des estimations du secteur confirment que sa part dépasse la moitié. Sa baisse de coût réduit donc celui de l’articulation dans son ensemble.

Les questions à poser en tant qu’acheteur d’articulations

Pour les équipes qui spécifient des articulations linéaires humanoïdes, les principes physiques conduisent à la liste de contrôle suivante :

• Cₐ et C₀ₐ pour la taille et le pas exacts — puis calculer la durée de vie en fonction de votre propre cycle de charge pondéré au cube, réceptions comprises, et non de la charge moyenne.
• Classe de précision et méthode de mesure — classe ISO 3408-3 et variation du déplacement sur 300 mm, ainsi que le contrôle de chaque pièce ou par échantillonnage.
• Précharge et jeu — des versions sans jeu existent, mais elles augmentent le frottement et le coût ; précisez ce dont votre boucle de contrôle de force a réellement besoin.
• Comportement réversible avec le pas choisi — il détermine si l’articulation nécessite un frein pour maintenir une posture sans alimentation.
• Procédé de filetage et capacité de production — filetage interne rectifié ou roulé, ligne de rectification utilisée et volume annuel garanti ; ces éléments déterminent les ondulations, le bruit et vos délais de livraison.

La vis à rouleaux planétaires n’a plus rien d’exotique. C’est un mécanisme mature, régi par trois paramètres — le pas, Cₐ et la classe du filetage — qui déterminent respectivement la poussée, la durée de vie et le prix. Les équipes qui la traitent comme un rapport de réduction auquel est associée une durée de vie la dimensionneront correctement ; celles qui la considèrent comme un cylindre opaque redécouvriront la loi cubique aux frais de la garantie de quelqu’un d’autre. Pour la partie rotative d’un corps mixte — poignets, coudes et taille —, un module d’articulation intégré léger continue d’assurer ce que la vis ne peut pas faire : transmettre le couple exactement sur l’axe du pivot.

Source : guides explicatifs de humanoid.guide sur les vis à rouleaux planétaires et les solutions linéaires ou rotatives (2026) ; données du catalogue de vis à rouleaux d’Ewellix citées dans ces guides ; données sur les actionneurs présentées par Tesla lors de l’AI Day 2022 ; informations de 36Kr sur les démontages (2026) ; China Daily, janvier 2026 ; méthodes ISO 3408-5 / ISO 3408-3 ; commentaires sur la chaîne d’usinage d’EMAG relayés par des sources sectorielles.