中文 EN

《四足机器人关节设计 “革命”:轻如鸿毛,稳若磐石的秘密武器》

2025-08-19

结合专利技术与应用实践:

一、技术背景:破解传统关节的致命短板

传统四足机器人关节普遍存在三大痛点:

  1. 抗冲击能力弱:复杂地形下的冲击力易导致轴承移位或齿轮断裂,某国产四足机器人在岩石路面测试中关节故障率高达 30%。
  2. 传动间隙大:传统铰链设计的轴向间隙随使用逐渐扩大,某竞品关节运行 100 小时后间隙从 0.05mm 增至 0.3mm,直接影响步态精度。
  3. 维护成本高:开放式结构需频繁润滑,某工业巡检机器人年均维护费用占整机成本的 25%。

二、核心创新:双轴承预紧与自润滑系统

杭州宇树科技通过轴向预紧 + 自润滑储油的组合设计,实现关节性能的颠覆性突破:

1. 双轴承协同承载架构

  • 径向抗冲击模块:采用滑动轴承组(铜基合金材料),可吸收 80% 以上的径向冲击力,对比传统滚珠轴承抗冲击能力提升 3 倍。
  • 轴向减阻模块:配置推力轴承组(陶瓷涂层工艺),将轴向摩擦系数从 0.02 降至 0.008,降低能耗 15%。

2. 动态预紧调节机制

  • 销轴 - 锁紧块联动:通过螺纹或卡扣连接挤压支撑臂,动态消除轴向间隙。实测数据显示,关节连续运行 1000 小时后间隙仍≤0.1mm,优于行业标准(0.2mm)。
  • 弹性形变补偿:支撑臂采用 6061-T6 铝合金,经特殊热处理后可承受 500 次以上的往复形变而不失效,确保长期使用的稳定性。

3. 自润滑储能技术

  • 储油空间设计:在滑动轴承间隙内预制纳米润滑脂(基础油黏度等级 ISO VG 46),可满足连续工作 2000 小时无需补充润滑。
  • 油液迁移控制:通过微槽结构引导润滑剂定向流动,在关节高速旋转时形成动态油膜,降低温升 8-12℃。

三、技术实现:精密机械与材料工艺的融合

1. 模块化结构设计

  • U 形支撑臂嵌套:连杆一插入连杆二的 U 形臂之间,两侧装配减阻件组,中间夹持保持件组,通过销轴串联锁紧。该设计减少零件数量 30%,降低制造成本 25%。
  • 轻量化材料应用:关键部件采用钛合金(Ti-6Al-4V)与碳纤维增强复合材料(CFRP),关节重量较传统设计降低 40%,同时保持同等强度。

2. 装配工艺突破

  • 冷压成型技术:滑动轴承与支撑臂采用过盈配合(过盈量 0.03-0.05mm),通过 - 80℃液氮冷压装配,确保配合精度达到 IT5 级。
  • 激光焊接密封:储油腔室采用脉冲激光焊接(功率 200W,频率 50Hz),焊缝气密性达到 1×10