機器人研發(fā)設計背后的CAE仿真技術(shù)，竟然發(fā)揮如此大作用！
前不久，在深圳舉辦了為期三天的第十二屆中國電子信息博覽會(huì )（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“CITE2024”）。在CITE2024上，《2023年深圳市機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》正式發(fā)布。數據顯示，深圳機器人行業(yè)新注冊企業(yè)超過(guò)1萬(wàn)家，產(chǎn)業(yè)鏈總產(chǎn)值為1797億元，同比增長(cháng)8.7%。此外，深圳機器人產(chǎn)業(yè)專(zhuān)利申請量近10年高速增長(cháng)，占據核心零部件、本體制造、系統集成服務(wù)上中下游全產(chǎn)業(yè)鏈。元王也有幸參與其次CITE2024，并對外展示了我們的CAE仿真技術(shù)及自研RQMS平臺，3天展會(huì )期間吸引眾多觀(guān)展者了解和咨詢(xún)。
隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對機器人的性能要求也日益嚴苛，傳統的設計方法已難以滿(mǎn)足現代機器人的研發(fā)需求。計算機輔助工程（Computer-Aided Engineering, CAE）仿真分析，作為一種高效、精準的技術(shù)手段，正逐漸成為推動(dòng)機器人行業(yè)發(fā)展的重要力量。
在機器人研發(fā)設計中，離不開(kāi)CAE仿真技術(shù)，其優(yōu)勢主要體現在以下幾個(gè)方面：
01拓撲優(yōu)化
提升結構的剛度和穩定性
通過(guò)對機器人的關(guān)鍵部件進(jìn)行拓撲優(yōu)化，可以有效提高其結構的剛度，從而使得機器人在操作過(guò)程中更加穩定。例如，對串聯(lián)型工業(yè)機器人的大臂進(jìn)行拓撲優(yōu)化，可以提高其結構的剛度，同時(shí)也增強了其固有頻率，達到輕量化的目標。
實(shí)現結構的輕量化
拓撲優(yōu)化可以幫助設計師在保持或提高結構性能的同時(shí)，減少材料的使用，從而達到減輕機器人整體重量的目的。這不僅有助于降低材料成本，還能提高機器人的能效和動(dòng)態(tài)性能。
增強結構的動(dòng)態(tài)性能
通過(guò)拓撲優(yōu)化，可以改善機器人結構的動(dòng)態(tài)特性，如提高其固有頻率，這對于提高機器人的響應速度和避免共振具有重要意義。
促進(jìn)產(chǎn)品造型與功能的結合
拓撲優(yōu)化不僅關(guān)注結構性能的提升，還考慮產(chǎn)品的外觀(guān)設計。在機器人設計中，拓撲優(yōu)化可以幫助設計師創(chuàng )造出既美觀(guān)又實(shí)用的產(chǎn)品形態(tài)，加強產(chǎn)品造型設計與制造工藝間的聯(lián)系。
02多體動(dòng)力學(xué)
運動(dòng)分析和優(yōu)化
在機器人設計階段，多體動(dòng)力學(xué)仿真有助于分析機器人的運動(dòng)學(xué)特性，如關(guān)節運動(dòng)范圍、速度和加速度等。這有助于優(yōu)化機器人的結構設計，以實(shí)現更高效、更精確的運動(dòng)。
系統級性能評估
多體動(dòng)力學(xué)不僅能夠分析單個(gè)機器人的運動(dòng)，還能夠評估多個(gè)機器人之間的相互作用和協(xié)同效果。這對于多智能體系統（如多無(wú)人車(chē)系統、多無(wú)人機系統）的控制和編隊控制尤為重要。
故障模式分析
多體動(dòng)力學(xué)仿真還可以用于識別潛在的故障模式，從而在設計階段就預防可能的故障和安全問(wèn)題。
虛擬原型測試
在機器人還未制造出物理樣機之前，多體動(dòng)力學(xué)仿真可以作為虛擬原型進(jìn)行測試，這有助于發(fā)現問(wèn)題并提前進(jìn)行設計修改，節省成本和時(shí)間。
03熱分析
優(yōu)化散熱系統
通過(guò)熱仿真分析，可以預測和分析機器人在不同工況下的熱行為，包括溫度分布和熱流量。這有助于設計高效的散熱系統，確保機器人在高負載或高溫環(huán)境下的穩定運行。
材料選擇
熱仿真可以幫助工程師選擇合適的材料，以承受特定的溫度范圍和熱應力。這對于提高機器人的性能和壽命至關(guān)重要。
結構設計
熱仿真分析還可以指導機器人的結構設計，比如防隔熱結構的布局，以及在高溫環(huán)境下工作的機器人的熱控技術(shù)。這些技術(shù)對于確保機器人在極端環(huán)境下的可靠性和安全性具有重要意義。
系統集成
在機器人系統集成過(guò)程中，熱仿真分析有助于評估各個(gè)組件之間的熱相互作用，確保整個(gè)系統的熱平衡和兼容性。
性能測試
在機器人的性能測試階段，熱仿真可以用來(lái)驗證實(shí)際工作條件下的熱效應，與理論分析和實(shí)驗數據進(jìn)行對比，進(jìn)一步優(yōu)化設計。
故障診斷
熱仿真分析還可以用來(lái)診斷機器人在運行中可能出現的熱相關(guān)問(wèn)題，如過(guò)熱、熱疲勞等，從而提前采取措施避免故障發(fā)生。
CAE仿真分析在機器人設計中的應用是多方面的，它不僅能夠幫助工程師在設計階段進(jìn)行優(yōu)化，還能夠提高產(chǎn)品的性能，縮短研發(fā)周期，降低成本等，發(fā)揮著(zhù)巨大作用。
通過(guò)這種先進(jìn)的CAE仿真技術(shù)，機器人行業(yè)能夠更快速地響應市場(chǎng)需求，推出更加精確、穩定和高效的機器人產(chǎn)品。
元王將通過(guò)CAE仿真技術(shù)賦能更多機器人研發(fā)設計企業(yè)，將科技創(chuàng )新迅速轉化為生產(chǎn)力，在產(chǎn)品研發(fā)設計上提供最強的保障，助力企業(yè)快速占領(lǐng)先機，成為機器人行業(yè)“領(lǐng)頭羊”。
