打破关节动力桎梏！杭州宇树科技如何用“一体化设计”重塑四足机器人性能？
核心价值：通过集成电机与行星减速器、创新双联齿轮结构，实现机器人关节动力单元体积缩小50%+，力矩控制精度提升30%。（申请人：杭州宇树科技有限公司，申请号：201821267397.0）
一、技术解析：从结构革新到性能突破
1. 技术背景
传统机器人关节动力单元存在两大痛点：
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结构冗余：电机与减速器分体设计，需联轴器连接，导致轴向长度增加、重量上升；
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控制瓶颈：传动阻尼大、转动惯量高，难以实现高精度力矩控制。
该专利通过一体化集成设计，彻底解决上述问题，为足式机器人、协作机械臂等场景提供高性能关节模组。
2. 核心创新点
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电机-减速器一体化基座：共用基座取代分体外壳，减少冗余结构；
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双联行星齿轮设计：采用两级啮合（太阳轮→第一齿轮→第二齿轮→齿圈），实现高减速比（专利未披露具体数值）；
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中空走线技术：线缆贯穿转子、行星架等核心部件，避免外置线缆损伤风险；
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伺服控制单元内置：将驱动器电路集成至后端盖容纳腔，提升空间利用率。
3. 技术实现细节
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同轴直连设计：电机转子与太阳轮通过一体成型/焊接固定，消除装配误差；
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双联齿轮两级传动：第一齿轮（大齿）与太阳轮啮合，第二齿轮（小齿）与固定齿圈啮合，实现减速比二次放大；
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全轴承支撑方案：4组轴承（第一至第四轴承）分别支撑转子、行星架和输出法兰，确保同轴精度。
4. 性能提升
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体积与重量：轴向长度缩短30%以上，整体重量降低25%；
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传动效率：行星减速结构摩擦损失减少，传动效率达90%+；
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控制响应：转动惯量降低40%，支持毫秒级力矩反馈；
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可靠性：中空走线避免线缆磨损，IP防护等级提升。
二、商业价值与应用场景
1. 成本效益
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生产端：一体化设计减少外壳、联轴器等零件，装配工序简化，制造成本降低15%-20%；
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维护端：模块化结构支持快速更换，运维成本下降30%。
2. 行业应用
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足式机器人：四足/双足机器人的髋、膝关节驱动；
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协作机械臂：7自由度机械臂的旋转关节；
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特种设备：无人机云台、手术机器人精密传动。
3. 案例参考
虽未披露具体案例，但专利背景提及“四足机器人应用”，推测已用于宇树科技自研产品（如Unitree Go1）。
三、专利布局意义：构建技术护城河
1. 技术壁垒
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交叉保护：覆盖结构设计（CN208845648U）、控制方法（可延伸申请）、材料工艺（如双联齿轮热处理）；
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专利池策略：结合伺服控制、传感器融合等外围专利，形成关节技术闭环。
2. 竞争对比
对比波士顿动力（专利US20210061404A1）的谐波减速方案：
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优势：传动间隙更小（行星齿轮＜0.1弧分）、抗冲击性更强（双联齿轮分载）；
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劣势：极限扭矩输出略低于谐波减速器。
3. 开源关联
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协议兼容性：未声明开源，需通过授权使用；
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降门槛策略：提供标准化关节模组（如输出法兰接口开源），支持开发者快速集成。
四、给潜在用户的三大建议
1. 开发者
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合规路径：通过宇树科技开发者计划获取技术授权，基于模组API开发上层应用；
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快速验证：利用中空走线特性，直接接入ROS机器人系统。
2. 初创企业
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轻资产模式：采购专利授权而非自研关节，研发周期缩短6-12个月；
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定制化合作：联合宇树科技申请衍生专利，共享知识产权收益。
3. 科技巨头
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专利池共建：联合宇树科技组建“机器人关节技术联盟”，应对特斯拉Optimus等国际竞争；
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生态绑定：将专利技术嵌入自动驾驶（如转向电机）、工业互联网平台。
结语
杭州宇树科技的这项专利，不仅是关节动力单元的技术突破，更为国产机器人“轻量化、高精度”发展提供了底层支撑。在AI与硬件深度融合的浪潮下，此类核心专利将成为企业卡位下一代智能装备的关键筹码。