国产宇树科技“莱卡狗”PK波士顿动力的“SPOT”

在四足机器人这个新兴、小众且不易市场化的品类里，宇树科技凭借第一款主力机器人产品“莱卡狗”（Laikago），在 2018 年就开始接单出货，成为最早实现商业化的四足机器人公司之一。

从成立至今不到 4 年时间里，位于杭州的宇树科技已经成为四足机器人领域最知名的公司之一。如今，宇树科技已经推出了不同级别的机器人产品，也成为了团队规模较大的四足机器人公司。2019 年底，宇树科技宣布已经完成数千万元 Pre-A 轮融资，该轮融资由红杉资本中国种子基金领投。

相比于轮式机器人，足式机器人地形适应能力更强，能够在复杂的地形环境下灵活运动，国内外各科研机构都在努力推进四足机器人的进程。目前，纯电机驱动动力系统因其噪声小、可靠性高、成本低等众多的优点而逐渐成为了中小型四足机器人的主流动力系统。但受限于当前电机及减速器工艺与结构的限制，现有的四足机器人电驱动关节，尺寸较大，结构复杂，重量大，并难以承受较大的轴向冲击力而损坏。

另一方面，目前很多足式机器人采用的腿部传动连杆直接裸露在外的传动机构，很容易受来自外部环境的碰撞而损坏。如MIT研发的猎豹（Cheetah）四足机器人，其正摆髋关节和膝关节两个电机共轴线并列集成在一起，虽具有较高的关节集成度，但结构复杂，不能承受轴向冲击而只能使用外置的保护架来保护电机与关节，其这种两个关节电机驱动单元集成在一起的结构，大大限制了大腿关节的运动空间而影响四足机器人的运动性能，并且裸露在外的腿部传动连杆，很容易被外部冲击损坏。

由此，宇树科技在17年3月10日就申请了一项名为“一种电驱动四足机器人的腿部动力系统结构”的发明专利（申请号：201710149070.7），申请人为杭州宇树科技有限公司。

根据目前公开的专利资料，让我们一起来看看这项四足机器人专利吧。

如上图所示为四足机器人的整机示意图，从外形看形如四足行走动物如狗等动物，拥有仿生的四足作为其身体的支撑以及完成运动过程，而且仅有躯干以及四肢，没有头部，在头部的位置我们可以看到有类似于摄像头的孔洞设计。

其中包括机身1和四个独立的腿模块，四个独立的腿模块包括：第一腿模块2、第二腿模块3、第三腿模块4、第四腿模块5。这四个独立的腿模块对称布置在机身的两侧，每一个腿模块与机身通过旋转副连接固定。

由于机器人在行走时主要依赖于其腿部的结构，因此我们着重来看看该机器人的腿部结构是如何的。

如上图所示，腿模块结构包括大小腿总成3.1和侧摆髋关节电机总成3.5，侧摆髋关节主动曲柄3.2、侧摆髋关节连杆3.3、侧摆髋关节从动曲柄3.4与机身共同构成了平行四边形连杆传动机构。

侧摆髋关节从动曲柄与大腿电机总成固定连接，侧摆髋关节电机总成固定在机身上，侧摆髋关节主动曲柄固定到侧摆髋关节电机总成的侧摆髋关节电机行星轮减速器输出轴上，侧摆髋关节行星轮减速器输出轴带动侧摆髋关节主动曲柄做旋转运动，并通过平行四边形机构将该运动传递给大小腿总成。平行四边形机构传递扭矩大，传动间隙小，结构简单且稳定可靠。

如上图为大小腿总成结构示意图，大小腿总成3.1包括大腿电机总成3.1.1、推力轴承3.1.2、大腿杆总成3.1.3、小腿主动曲柄3.1.4、小腿电机总成3.1.5、小腿传动连杆3.1.7、小腿总成3.1.8和小腿旋转销轴3.1.6。

其中小腿电机总成与大腿杆总成固定连接，小腿主动曲柄与小腿电机总成的小腿电机行星轮减速器输出轴固定连接，小腿电机行星轮减速器输出轴带动小腿主动曲柄做旋转运动。小腿旋转销轴与大腿杆总成末端轴孔固定连接，小腿总成通过内置的轴承组与小腿旋转销轴构成回转副。

小腿主动曲柄、小腿传动连杆、小腿总成与大腿杆总成共同构成了反平行四边形机构，其具有结构紧凑、占用空间小、传动间隙小、稳定可靠等优点，且整个反平行四边形机构可以被放置于大腿杆总成内部，当四足机器人摔倒或受到撞击时，可以避免脆弱的连杆零件受到来自外部撞击的损伤。

最后我们来看看大腿部分的电机总成是什么样的吧，如下图所示：

如图所示，大腿电机总成3.1.1包括大腿电机后端盖总成3.1.1.1、大腿电机永磁无刷电机3.1.1.2、大腿电机外壳3.1.1.3、侧摆髋关节旋转销轴一3.1.1.4、大腿电机行星轮减速器3.1.1.5、大腿电机正端盖3.1.1.6和侧摆髋关节旋转销轴二3.1.1.8。

大腿电机后端盖总成与大腿电机外壳后端面固定连接。大腿永磁无刷电机定子铁芯绕组与大腿电机外壳固定连接，大腿电机行星轮减速器的外齿圈固定在大腿电机外壳的内端面上，大腿永磁无刷电机转子输出轴将电机旋转运动输入大腿电机行星轮减速器，大腿电机行星轮减速器再将旋转运动通过行星架输出轴输出到大腿杆总成。

以上就是宇树科技发明的四足机器人，通过发明的电机总成结构，内置集成了紧凑型的行星减速器，电机与减速器整体集成度高，不仅结构紧凑，而且具有重量轻的优点。有利于降低成本，并且各电机总成在机器人身上构成的各关节具有较大的工作空间，保证了机器人运动的灵活性。