文章來源：宇樹科技專利檔案
首圖和封面來源：宇樹科技及其專利檔案
宇樹科技人形機器人G1。
圖源/宇樹科技官網
近期宇樹科技獲得了發明專利《一種機器人整合關節單元及應用其的足式機器人》和實用新型專利《一種人形機器人的腿部動力結構和人形機器人》的授權。
小編將專利內容初步整理如下，供各位讀者參考。
Tips：專利原始檔已經上傳至知識星球，加入即可下載；本文主要是小編根據專利內容所做的粗略的總結，由於水平有限，內容僅供參考，具體請參考專利原文。
01
一種機器人整合關節單元及應用其的足式機器人
圖片來源：CN 109941369 B
本專利提出了一種創新性的機器人整合關節單元及其應用於足式機器人的方案，透過將雙電機佈置在同一側，結合力矩限制器和無線傳輸元件，解決了傳統設計中線纜易損、結構複雜的問題。這一設計不僅延長了線材的使用壽命，提高了系統的可靠性和整合度，還增強了機器人的適應能力和工作效能。此發明特別適合用於結構緊湊、要求高可靠性的足式機器人領域，代表了機器人關節技術的一個重要進步。
丨技術背景
目前，用於機器人的動力單元，一般採用獨立的關節單元串聯或並聯等的結構。尤 其是足式機器人領域，機器人的每條腿通常是使用獨立的關節單元串聯的結構。對於結構要求緊湊的雙關節單元，尤其是用於足式機器人的場合，現有雙關節單 元的兩個電機佈置在迴轉關節的兩側，為了確保雙電機的正常運轉，必須考慮線路佈置方 式。
現有的線路佈置方式主要兩種：一種是採用非中空走線的方式，線材直接外掛在 機器人關節外面，但影響機器人結構安全以及美觀，並且線材很容易損壞，同時如果線路布 置不合理的話，會影響關節的活動範圍；另一種採用中空走線的方式，但電機元件及關節連 杆需要預留專門的穿線孔以及線纜安置機構，增加了關節的複雜性以及空間尺寸，同時關 節的運動會對線材造成磨損和疲勞損傷，影響線材的使用壽命。
進一步，由於地面的地形複雜多變或來自外界的衝擊干擾力，當機器人關節電機 的驅動力矩大於關節減速器能夠承受的最大力矩或者來自外界的透過減速器輸出軸傳遞 到減速器的最大力矩大於關節減速器能夠承受的最大力矩時，機器人關節的減速器將處於 超負荷工作狀態，將導致減速器齒輪等關節零部件損壞。並且，由於很多工況下機器人關節 長時間工作於往復模式，並且需要承擔來自地面或外部環境的衝擊載荷，故其減速器各齒 的齧合齒面會出現較為嚴重的磨損不均勻現象。
丨需要解決的問題
該專利旨在解決現有技術中機器人關節單元線路佈置方式影響結構安全及美觀，且容易損壞線材、縮短使用壽命的問題。具體來說，傳統的雙關節單元兩個電機佈置在迴轉關節的兩側，這導致了動力線纜必須穿過關節，從而加速了線纜的疲勞損壞。此外，這種佈置方式增加了關節複雜性，限制了關節活動範圍，並對線纜造成了磨損和疲勞損傷。
丨主要創新點
雙電機同側佈置：將雙電機設置於關節同一側，避免了電機動力線纜需要穿過關節，減少了線纜損壞的風險。
力矩限制器的應用：第一電機及減速器總成以及第二減速器總成分別配有力矩限制器，以防止減速器承受過大力矩而受損，適用於多種複雜工況。
無線傳輸元件：引入無線電能傳輸元件和無線訊號傳輸元件，實現了電能與訊號的無線傳輸，省去了關節跨接線纜，同時實現了關節的連續旋轉，增大了工作空間。
緊湊可靠的結構設計：透過最佳化設計，使得電機元件及關節連桿不需要預留專門的穿線孔以及線纜安置機構，提高了結構的可靠性和整合度，降低了軸向尺寸，提升了美觀度。
丨技術優勢
延長線材壽命：由於雙電機同側佈置，避免了線纜穿過關節，有效減緩了線纜的疲勞損壞，延長了線材的使用壽命。
增強可靠性：力矩限制器的存在確保了即使在外部衝擊載荷下，減速器等關鍵部件也不會因過載而損壞，增強了系統的可靠性。
提升整合度：緊湊的設計和無線傳輸元件的應用不僅簡化了結構，還提升了整個關節單元的整合度，使其更加小巧輕便。
提高工作效率：採用外轉子電機和行星減速器等高效傳動元件，保證了高效率的動力傳遞和響應速度
圖中：1、第一輸出連桿；11、第一殼體；12、第二殼體；2、第二輸出連桿；3、第一電機
及減速器總成；30、第一減速器總成；31、第一電機殼體；32、第一電機定子及繞組；33、第一
電機轉子；34、第一輸出軸；35、第一太陽齒輪；36、第一行星齒輪；37、第一內齒圈；38、第一
電機基座；39、第一摩擦力生成器；310、第一盤墊；311、第一摩擦盤；4、第二電機總成；40、第
二減速器總成；41、第二電機殼體；42、第二電機定子及繞組；43、第二電機轉子；44、第二輸
出軸；45、第二摩擦力生成器；46、第二摩擦盤；47、第二盤墊；48、第二內齒圈；49、壓板；5、關
節轉接件；6、連線杆；7、關節輸出搖臂；81、電能發射線圈；82、電能接收線圈；91、第一電機
編碼器定子；92、第一電機編碼器轉子；93、第二電機編碼器定子；94、第二電機編碼器轉子；95、第一輸出編碼器定子；96、第一輸出編碼器轉子；97、第二輸出編碼器定子；98、第二輸出
編碼器轉子；10、導熱件；101、導熱槽。
及減速器總成；30、第一減速器總成；31、第一電機殼體；32、第一電機定子及繞組；33、第一
電機轉子；34、第一輸出軸；35、第一太陽齒輪；36、第一行星齒輪；37、第一內齒圈；38、第一
電機基座；39、第一摩擦力生成器；310、第一盤墊；311、第一摩擦盤；4、第二電機總成；40、第
二減速器總成；41、第二電機殼體；42、第二電機定子及繞組；43、第二電機轉子；44、第二輸
出軸；45、第二摩擦力生成器；46、第二摩擦盤；47、第二盤墊；48、第二內齒圈；49、壓板；5、關
節轉接件；6、連線杆；7、關節輸出搖臂；81、電能發射線圈；82、電能接收線圈；91、第一電機
編碼器定子；92、第一電機編碼器轉子；93、第二電機編碼器定子；94、第二電機編碼器轉子；95、第一輸出編碼器定子；96、第一輸出編碼器轉子；97、第二輸出編碼器定子；98、第二輸出
編碼器轉子；10、導熱件；101、導熱槽。
圖片來源：CN 109941369 B
02
一種人形機器人的腿部動力結構和人形機器人
圖片來源：CN 221938342 U
本實用新型提出了一種用於人形機器人的腿部動力結構，它透過巧妙地組合多個驅動單元（如跨步驅動單元、髖關節驅動單元等），並採用抱箍件來固定這些單元，不僅實現了腿部複雜的運動功能，而且保證了結構的緊湊性和易於維護的特點。此外，還加入了有效的散熱措施以確保系統的穩定性。總之，這項發明顯著提升了人形機器人腿部動作的表現力和可靠性，促進了此類技術的發展與應用。
丨技術背景
近年來機器人產業發展迅速，尤其人形機器人成為國內外機器人技術領域的焦點 之一，而人形機器人的腿部動力結構又為人形機器人設計的重點。進一步，中國專利(公佈號CN111098951A)公開了一種類人形服務機器人的行走結 構及機器人。該行走結構中，髖部與軀幹部之間配置有兩組腳連線件與連桿，髖部、軀幹部、 一組的腳連線件與連桿構成四杆機構，髖部相對固定不動，髖舵機能夠驅動軀幹部相對於 髖部擺動，使連桿與腳連線件聯動。兩個腳連線件分別固定至兩個腳舵機的輸出軸，每組四 杆機構與對應的腳舵機作為一個腿部。
但上述方案利用四杆機構與一個髖舵機，實現髖部與腿部的運動形態，能夠做出 的動作比較少，無法滿足人形機器人要實現各種姿態、動作的要求，擬人效果不好，不利於 人形機器人的推廣使用。進一步，上述方案中，人形機器人的腿部動力結構設計以及佈局不夠合理，整體結 構比較臃腫，不夠緊湊。。
丨需要解決的問題
該實用新型專利旨在解決現有技術中人形機器人腿部動力結構設計不合理、佈局臃腫且不夠緊湊的問題。具體來說，背景技術中提到的方案利用四杆機構與一個髖舵機實現髖部與腿部的運動形態，但這種設計能夠做出的動作有限，無法滿足人形機器人實現各種姿態和動作的需求，擬人效果差，不利於機器人的推廣使用。
丨主要創新點
模組化驅動單元：透過設定跨步驅動單元、髖關節驅動單元、第一驅動單元、膝關節驅動單元和腳踝驅動單元，實現了腿部各個方向的自由度，可以進行前後擺動、左右擺動、周向轉動以及上下左右方向的擺動。
抱箍件固定結構：為驅動單元提供了一種快速拆卸的抱箍結構，透過凸臺和凹槽限制驅動單元在腿體上的軸向和周向位移，確保安裝穩固同時便於維護。
緊湊設計：整個腿部動力結構設計合理，各部件之間的連線緊密，不增加額外尺寸，保持了整體的緊湊性，有利於提高機器人的靈活性和適應性。
散熱設計：引入導熱件和散熱件以加快大腿體和小腿體內電機等發熱部件的散熱，保證系統穩定執行。
擬人化動作：透過上述設計，機器人能夠模仿人類行走時的各種複雜動作，提高了擬人效果，增強了使用者體驗。
丨技術優勢
結構簡單緊湊：所有驅動單元和輔助結構的設計都考慮到了緊湊性和輕量化，使得腿部動力結構更加高效。
易於維護：抱箍件的使用簡化了裝配過程，並允許快速更換或維修內部元件。
增強的散熱效能：特別針對電機工作時產生的熱量進行了最佳化處理，延長了裝置使用壽命。
豐富的動作表現：多自由度的設計讓機器人可以執行更多樣化的動作，增加了其應用場景的可能性。
圖中： 圖中：1、大腿體元件；11、第一大腿體；12、第二大腿體；13、髖關節驅動單元；14、第
一驅動單元；15、膝關節驅動單元；2、小腿體元件；21、小腿體；22、第一腳踝驅動單元；23、第
二腳踝驅動單元；24、第一搖臂；25、第一連動杆；26、第二搖臂；27、第二連動杆；28、彈性保
護罩；29、導熱件；30、後叉臂；3、腳部元件；31、腳部支撐件；32、腳部緩衝件；4、第一抱箍件；41、第一環形凸臺；42、第一環形凹槽；43、第一凸臺；44、第一凹槽；45、第二環形凸臺；46、第
二環形凹槽；47、第二凸臺；48、第二凹槽；49、第二抱箍件；50、前軸承座；51、後軸承座；52、
跨步驅動單元；53、腰腹部件、54、第六抱箍件；55、第六環形凹槽；56、第六環形凸臺；57、第
六凹槽；58、第六凸臺；59、輸入連線件；60、輸出連線件；61、第五抱箍件；62、第三抱箍件；63、連線孔；64、裝配孔；65、第三環形凹槽；66、第三環形凸臺；67、第三凸臺；68、第三凹槽；69、散熱件。
一驅動單元；15、膝關節驅動單元；2、小腿體元件；21、小腿體；22、第一腳踝驅動單元；23、第
二腳踝驅動單元；24、第一搖臂；25、第一連動杆；26、第二搖臂；27、第二連動杆；28、彈性保
護罩；29、導熱件；30、後叉臂；3、腳部元件；31、腳部支撐件；32、腳部緩衝件；4、第一抱箍件；41、第一環形凸臺；42、第一環形凹槽；43、第一凸臺；44、第一凹槽；45、第二環形凸臺；46、第
二環形凹槽；47、第二凸臺；48、第二凹槽；49、第二抱箍件；50、前軸承座；51、後軸承座；52、
跨步驅動單元；53、腰腹部件、54、第六抱箍件；55、第六環形凹槽；56、第六環形凸臺；57、第
六凹槽；58、第六凸臺；59、輸入連線件；60、輸出連線件；61、第五抱箍件；62、第三抱箍件；63、連線孔；64、裝配孔；65、第三環形凹槽；66、第三環形凸臺；67、第三凸臺；68、第三凹槽；69、散熱件。
圖片來源：CN 221938342 U
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