宇树科技最新授权专利解析:腿部动力结构&集成关节单元

大鱼机器人 2025-01-06 12:53

文章来源:宇树科技专利文件


首图和封面来源:宇树科技及其专利文件
宇树科技人形机器人G1。

图源 / 宇树科技官网


近期宇树科技获得了发明专利《一种机器人集成关节单元及应用其的足式机器人》和实用新型专利《一种人形机器人的腿部动力结构和人形机器人》的授权。
小编将专利内容初步整理如下,供各位读者参考。
Tips:专利源文件已经上传至知识星球,加入即可下载;本文主要是小编根据专利内容所做的粗略的总结,由于水平有限,内容仅供参考,具体请参考专利原文。

01




一种机器人集成关节单元及应用其的足式机器人




图片来源:CN 109941369 B

本专利提出了一种创新性的机器人集成关节单元及其应用于足式机器人的方案,通过将双电机布置在同一侧,结合力矩限制器和无线传输组件,解决了传统设计中线缆易损、结构复杂的问题。这一设计不仅延长了线材的使用寿命,提高了系统的可靠性和集成度,还增强了机器人的适应能力和工作性能。此发明特别适合用于结构紧凑、要求高可靠性的足式机器人领域,代表了机器人关节技术的一个重要进步。


技术背景

目前,用于机器人的动力单元,一般采用独立的关节单元串联或并联等的结构。尤 其是足式机器人领域,机器人的每条腿通常是使用独立的关节单元串联的结构。对于结构要求紧凑的双关节单元,尤其是用于足式机器人的场合,现有双关节单 元的两个电机布置在回转关节的两侧,为了确保双电机的正常运转,必须考虑线路布置方 式。
现有的线路布置方式主要两种:一种是采用非中空走线的方式,线材直接外挂在 机器人关节外面,但影响机器人结构安全以及美观,并且线材很容易损坏,同时如果线路布 置不合理的话,会影响关节的活动范围;另一种采用中空走线的方式,但电机组件及关节连 杆需要预留专门的穿线孔以及线缆安置机构,增加了关节的复杂性以及空间尺寸,同时关 节的运动会对线材造成磨损和疲劳损伤,影响线材的使用寿命。
进一步,由于地面的地形复杂多变或来自外界的冲击干扰力,当机器人关节电机 的驱动力矩大于关节减速器能够承受的最大力矩或者来自外界的通过减速器输出轴传递 到减速器的最大力矩大于关节减速器能够承受的最大力矩时,机器人关节的减速器将处于 超负荷工作状态,将导致减速器齿轮等关节零部件损坏。并且,由于很多工况下机器人关节 长时间工作于往复模式,并且需要承担来自地面或外部环境的冲击载荷,故其减速器各齿 的啮合齿面会出现较为严重的磨损不均匀现象。

需要解决的问题
该专利旨在解决现有技术中机器人关节单元线路布置方式影响结构安全及美观,且容易损坏线材、缩短使用寿命的问题。具体来说,传统的双关节单元两个电机布置在回转关节的两侧,这导致了动力线缆必须穿过关节,从而加速了线缆的疲劳损坏。此外,这种布置方式增加了关节复杂性,限制了关节活动范围,并对线缆造成了磨损和疲劳损伤。

主要创新点
双电机同侧布置:将双电机设置于关节同一侧,避免了电机动力线缆需要穿过关节,减少了线缆损坏的风险。
力矩限制器的应用:第一电机及减速器总成以及第二减速器总成分别配有力矩限制器,以防止减速器承受过大力矩而受损,适用于多种复杂工况。
无线传输组件:引入无线电能传输组件和无线信号传输组件,实现了电能与信号的无线传输,省去了关节跨接线缆,同时实现了关节的连续旋转,增大了工作空间。
紧凑可靠的结构设计:通过优化设计,使得电机组件及关节连杆不需要预留专门的穿线孔以及线缆安置机构,提高了结构的可靠性和集成度,降低了轴向尺寸,提升了美观度。

技术优势
延长线材寿命:由于双电机同侧布置,避免了线缆穿过关节,有效减缓了线缆的疲劳损坏,延长了线材的使用寿命。
强可靠性:力矩限制器的存在确保了即使在外部冲击载荷下,减速器等关键部件也不会因过载而损坏,增强了系统的可靠性。
提升集成度:紧凑的设计和无线传输组件的应用不仅简化了结构,还提升了整个关节单元的集成度,使其更加小巧轻便。
提高工作效率:采用外转子电机和行星减速器等高效传动元件,保证了高效率的动力传递和响应速度
图中:1、第一输出连杆;11、第一壳体;12、第二壳体;2、第二输出连杆;3、第一电机 及减速器总成;30、第一减速器总成;31、第一电机壳体;32、第一电机定子及绕组;33、第一 电机转子;34、第一输出轴;35、第一太阳齿轮;36、第一行星齿轮;37、第一内齿圈;38、第一 电机基座;39、第一摩擦力生成器;310、第一盘垫;311、第一摩擦盘;4、第二电机总成;40、第 二减速器总成;41、第二电机壳体;42、第二电机定子及绕组;43、第二电机转子;44、第二输 出轴;45、第二摩擦力生成器;46、第二摩擦盘;47、第二盘垫;48、第二内齿圈;49、压板;5、关 节转接件;6、连接杆;7、关节输出摇臂;81、电能发射线圈;82、电能接收线圈;91、第一电机 编码器定子;92、第一电机编码器转子;93、第二电机编码器定子;94、第二电机编码器转子;95、第一输出编码器定子;96、第一输出编码器转子;97、第二输出编码器定子;98、第二输出 编码器转子;10、导热件;101、导热槽


图片来源:CN 109941369 B

02




一种人形机器人的腿部动力结构和人形机器人




图片来源:CN 221938342 U

本实用新型提出了一种用于人形机器人的腿部动力结构,它通过巧妙地组合多个驱动单元(如跨步驱动单元、髋关节驱动单元等),并采用抱箍件来固定这些单元,不仅实现了腿部复杂的运动功能,而且保证了结构的紧凑性和易于维护的特点。此外,还加入了有效的散热措施以确保系统的稳定性。总之,这项发明显著提升了人形机器人腿部动作的表现力和可靠性,促进了此类技术的发展与应用。


技术背景

近年来机器人产业发展迅速,尤其人形机器人成为国内外机器人技术领域的焦点 之一,而人形机器人的腿部动力结构又为人形机器人设计的重点。进一步,中国专利(公布号CN111098951A)公开了一种类人形服务机器人的行走结 构及机器人。该行走结构中,髋部与躯干部之间配置有两组脚连接件与连杆,髋部、躯干部、 一组的脚连接件与连杆构成四杆机构,髋部相对固定不动,髋舵机能够驱动躯干部相对于 髋部摆动,使连杆与脚连接件联动。两个脚连接件分别固定至两个脚舵机的输出轴,每组四 杆机构与对应的脚舵机作为一个腿部。
但上述方案利用四杆机构与一个髋舵机,实现髋部与腿部的运动形态,能够做出 的动作比较少,无法满足人形机器人要实现各种姿态、动作的要求,拟人效果不好,不利于 人形机器人的推广使用。进一步,上述方案中,人形机器人的腿部动力结构设计以及布局不够合理,整体结 构比较臃肿,不够紧凑。

需要解决的问题
该实用新型专利旨在解决现有技术中人形机器人腿部动力结构设计不合理、布局臃肿且不够紧凑的问题。具体来说,背景技术中提到的方案利用四杆机构与一个髋舵机实现髋部与腿部的运动形态,但这种设计能够做出的动作有限,无法满足人形机器人实现各种姿态和动作的需求,拟人效果差,不利于机器人的推广使用。

主要创新点
模块化驱动单元:通过设置跨步驱动单元、髋关节驱动单元、第一驱动单元、膝关节驱动单元和脚踝驱动单元,实现了腿部各个方向的自由度,可以进行前后摆动、左右摆动、周向转动以及上下左右方向的摆动。
抱箍件固定结构:为驱动单元提供了一种快速拆卸的抱箍结构,通过凸台和凹槽限制驱动单元在腿体上的轴向和周向位移,确保安装稳固同时便于维护。
紧凑设计:整个腿部动力结构设计合理,各部件之间的连接紧密,不增加额外尺寸,保持了整体的紧凑性,有利于提高机器人的灵活性和适应性。
散热设计:引入导热件和散热件以加快大腿体和小腿体内电机等发热部件的散热,保证系统稳定运行。
拟人化动作:通过上述设计,机器人能够模仿人类行走时的各种复杂动作,提高了拟人效果,增强了用户体验。

技术优势
结构简单紧凑:所有驱动单元和辅助结构的设计都考虑到了紧凑性和轻量化,使得腿部动力结构更加高效。
易于维护:抱箍件的使用简化了装配过程,并允许快速更换或维修内部组件。
增强的散热性能:特别针对电机工作时产生的热量进行了优化处理,延长了设备使用寿命。
丰富的动作表现:多自由度的设计让机器人可以执行更多样化的动作,增加了其应用场景的可能性。


图中: 图中:1、大腿体组件;11、第一大腿体;12、第二大腿体;13、髋关节驱动单元;14、第 一驱动单元;15、膝关节驱动单元;2、小腿体组件;21、小腿体;22、第一脚踝驱动单元;23、第 二脚踝驱动单元;24、第一摇臂;25、第一连动杆;26、第二摇臂;27、第二连动杆;28、弹性保 护罩;29、导热件;30、后叉臂;3、脚部组件;31、脚部支撑件;32、脚部缓冲件;4、第一抱箍件;41、第一环形凸台;42、第一环形凹槽;43、第一凸台;44、第一凹槽;45、第二环形凸台;46、第 二环形凹槽;47、第二凸台;48、第二凹槽;49、第二抱箍件;50、前轴承座;51、后轴承座;52、 跨步驱动单元;53、腰腹部件、54、第六抱箍件;55、第六环形凹槽;56、第六环形凸台;57、第 六凹槽;58、第六凸台;59、输入连接件;60、输出连接件;61、第五抱箍件;62、第三抱箍件;63、连接孔;64、装配孔;65、第三环形凹槽;66、第三环形凸台;67、第三凸台;68、第三凹槽;69、散热件


图片来源:CN 221938342 U
免责声明:我们整理和转载此文出于传播更多资讯之目的,本文所用的视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请第一时间联系小编我们将立即删除,无任何商业用途!

大鱼机器人 一个专注于机器人技术,单片机,嵌入式系统,智能家居,智能设备,PCB设计,IT最新动态的自媒体。此外,还有海量学习资源等你来领取。作者:张巧龙,个人微信号:well_xiaolong。欢迎关注公众号,名称:大鱼机器人,公众号ID:All_best_xiaolong
评论
  • 随着国内市场的逐渐稳固,华为将目光投向了广阔的海外市场,开启了一段充满挑战与机遇的国际化征程。然而,华为在拓展海外市场时,遭遇了重重困难。文化差异带来的挑战不同国家和地区有着不同的文化背景、商业习惯和价值观,这使得华为在与当地客户、合作伙伴沟通和合作时面临诸多障碍。在欧洲,一些客户对产品的认证标准和售后服务有着非常严格的要求,并且注重商务活动中的礼仪和沟通方式。在机上欧洲通信市场竞争激烈,爱立信、诺基亚等本土企业在技术、品牌和市场份额上具有优势。而且欧洲各国的通信标准和监管政策不同,华为需要满足
    韭菜财经 2025-02-18 14:11 42浏览
  • 电磁铁通电时会产生磁场,磁力随电流增强而增强,表现出吸引铁磁性物质的特性。电磁铁是一种能够产生磁场的装置,其特性在于可以通过通电来控制磁场的产生和消失。那么,当电磁铁通电时,它具体会表现出哪些特性和现象呢?一、产生磁场通电是电磁铁产生磁场的关键。当电流通过电磁铁的线圈时,线圈周围就会产生磁场。这个磁场与电流的大小和方向密切相关,电流越大,产生的磁场也越强。同时,磁场的方向可以通过改变电流的方向来改变,这是电磁铁灵活性的重要体现。二、磁力变化随着电流的增强,电磁铁产生的磁力也会相应增强。这种磁力的
    锦正茂科技 2025-02-15 09:59 108浏览
  •  电磁铁的磁芯材质:软铁还是硬铁电磁铁的磁芯通常采用软铁材质,因其具有高磁导率和低矫顽力,使得电磁铁能够在通电时迅速产生强磁场,断电后磁场又能迅速消失。一、电磁铁与磁芯材质电磁铁是一种利用电流产生磁场的装置。其核心部件——磁芯,对电磁铁的性能有着至关重要的影响。在选择磁芯材质时,需要考虑多种因素,如磁导率、矫顽力、饱和磁化强度等。这些因素直接关系到电磁铁的工作效率、响应速度和能耗等方面。二、软铁与硬铁的特性软铁和硬铁是两种常见的磁性材料。软铁具有高磁导率和低矫顽力的特点,这意味着它容易
    锦正茂科技 2025-02-18 10:32 20浏览
  • 导读:2025年1月6日,在 ChatGPT 诞生两周年之际,OpenAI 的核心人物 Sam Altman 回顾了一段波澜壮阔且充满挑战的历程。九年前,怀揣着对通用人工智能(AGI)的坚定信念,OpenAI 踏上征程。彼时,质疑声不绝于耳,多数人认为这毫无成功的可能。但他们未曾动摇,毅然投身这一充满未知的领域。直至 2022 年 ChatGPT 的推出,如同在科技领域投入巨石,引发轩然大波,开启了前所未有的发展态势。然而,荣耀背后是难以想象的艰难。围绕新技术构建公司,犹如在黑暗中摸索前行,每一
    用户1739588245528 2025-02-15 11:03 145浏览
  •  探针台是半导体测试领域的重要设备,用于支撑和固定待测芯片,以便进行jing确的电气测试。在使用过程中,探针台可能会出现位置偏移,这时就需要进行复位操作。下面,我们将详细介绍探针台复位的zui简单三个步骤。  一、确定复位基准点复位操作的di一步是确定复位基准点。通常,探针台会配备有明确的复位标记或感应点。用户需要仔细查找并确认这些标记,确保复位操作的准确性。找到基准点后,将探针台移动到该位置附近,准备进行下一步操作。二、执行复位动作在确认基准点后,接下来需要执行复
    锦正茂科技 2025-02-15 09:36 93浏览
  • 概述        TC10 为OPEN Alliance 中的一个技术委员会小组,专注于研究基于车载以太网的休眠唤醒机制,旨在为汽车应用场景提供灵活的休眠唤醒解决方案。该小组提出的休眠唤醒规范(《TC10 Sleep/Wake-up Specification》,以下简称TC10规范)作为对IEEE 802.3系列规范的补充,详细定义了以太网PHY的休眠唤醒过程、新增服务原语和接口、时间参数、指令描述等内容。目前,TC10已经发布了适配10Ba
    经纬恒润 2025-02-18 14:30 29浏览
  • 清晨,闹钟准时响起,窗帘自动拉开,床灯随之亮起,音箱中则自动传出每日的早间新闻,从而唤醒熟睡中的你,而这只是智能家居中的冰山一角。作为人类群体追求更高生活品质的居住空间,智能家居正飞速普及至我们的日常生活之中,极大地提升了生活的便利性与舒适度。然而,随着单品智能向全屋智能的快速发展,不同智能家居设备的工作电压与通信频率等运行参数存在差异,它们共同运行在一个智能家居系统之中,其所产生的电气噪声与电磁干扰会互相影响,并形成潜在的安全隐患。例如,电气噪声可能导致线路过热,增加电气火灾的发生风险;电磁干
    华普微HOPERF 2025-02-18 10:48 22浏览
  •         电磁铁作为一种能够利用电流产生磁性的装置,在现代社会的生产和生活中发挥着越来越重要的作用。其应用范围广泛,不仅局限于工业制造领域,还深入到交通运输、医疗健康以及我们的日常生活之中。一、电磁铁在工业制造中的应用       在工业制造领域,电磁铁的应用可谓是举足轻重。它们被广泛应用于各种机械设备和生产线中,起着自动化控制、物料搬运等关键作用。例如,在重型机械中,电磁铁用于吸附和移动大型金属构件
    锦正茂科技 2025-02-18 10:05 22浏览
  • 《哪吒2》票房破百亿背后的科技密码:解码中国动画产业的技术跃迁与制造底气2024年夏季,国产动画电影《哪吒2》以雷霆之势席卷全球院线,不仅成为中国影史第二部票房突破百亿的现象级作品,更以多项技术突破刷新行业纪录。这些成就背后,不仅是中国动画工业的崛起,更是中国科技创新与高端制造业协同突破的缩影。作为深耕PCB行业多年的捷多邦小编,今天带您从技术视角,解读这场银幕奇迹背后的制造密码。一、从“数字造神”到“算力革命”:动画技术背后的硬核突破《哪吒2》的视觉革命始于AI工业化管道的深度应用。影片中大量
    捷多邦 2025-02-15 17:57 428浏览
  • 2025,新一轮汽车行业“战争”开始,但这一次不是过往的“价格战”,而是新一轮的“智驾战”。近期,比亚迪董事长兼总裁王传福在比亚迪智能化战略发布会上表示:“比亚迪将全系搭载“天神之眼”高阶智驾系统,其中首批21款车型将陆续上市,包括秦家族、元家族、宋家族、海豹家族等。”具体来看,20万元以上、15万元至20万元、10万元至15万元级别的车型将全系标配“天神之眼”。10万元以下的车型多数将搭载“天神之眼”,包括海鸥、海豹05DM-i和第二代秦PLUS DM-i。智驾不是什么新鲜技术,但是在比亚迪之
    刘旷 2025-02-18 10:19 25浏览
  • 嘿,大家好!在高压电子世界里摸爬滚打的朋友们,你们有没有遇到过这样的难题?那就是,如何选择适合高压环境的光颉精密电阻? 这可不是一个简单的问题,毕竟在高压环境下,电阻不仅要顶得住电压的“压力”,还得保证精度和稳定性,这要求可真不低。想想看,如果选错了电阻,就像给跑车装了个自行车轮,那能行吗?肯定不行!轻则电路性能大打折扣,重则电阻直接“罢工”,甚至引发更严重的后果。所以说,在高压应用中,选择一款靠谱的光颉精密电阻,那可是至关重要的。别担心,今天咱们就来好好聊聊,如何选择适合高压环境的光
    贞光科技 2025-02-18 17:28 29浏览
  •                           春天来了,我们中国的传统节日--春节到了,随着国家富强,人们民族文化自信心的增强,这个中国年过的还挺热闹,挺红火。一段山村过新年的快乐时光,即兴而发赋了两首新诗。《渔家乐·山村新春》白发垂髫同喜乐,新春佳节意情奢。烟花璀璨腾空起,山村美景醉心涯。晓雾轻笼林野静,晚云淡抹岫峰斜。自然恩赐千般好,福满人间岁月嘉
    广州铁金刚 2025-02-17 15:59 97浏览
  • 近日,紫光展锐蜂窝物联网芯片V8850荣获国密一级认证,标志着展锐V8850在安全能力方面获得权威认可,位居行业领先水平。这是紫光展锐继短距物联网芯片V5663在2020获得ARM PSA Level 2认证,蜂窝物联网芯片V8811在2021年获得ARM PSA Level 1 认证后,第三次荣获安全行业权威认证。荣获国密一级安全认证,意味着紫光展锐V8850能支持智能支付、共享经济、定位追踪、安防监控、智能表计、工业DTU、公网对讲,以及车载通信终端设备上的国密升级改造,可为移动支付、短信
    紫光展锐 2025-02-14 19:26 75浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦