機器設計的案例
工業(yè)機器設計和云計算
擁抱現(xiàn)代工業(yè)機器設計的復雜性并開始通過合適的云端 CAD 軟件進行創(chuàng)新。
觀看視頻，了解 NX 和 Xcelerator Share 如何改變機械制造商設計新一代機器的方式。
制造行業(yè)的云計算使得多領域協(xié)同、靈活機器設計和項目數(shù)據(jù)管理變得更加簡單和經(jīng)濟實惠。
NX 和 Xcelerator 幫助創(chuàng)建靈活機器設計
開發(fā)創(chuàng)新、靈活的機器設計需要團隊合作。
行業(yè)領先的機械制造商深知，他們通過加強機械、電氣、自動化和軟件工程師之間的協(xié)同，可以設計更好的產(chǎn)品。
云端 NX 和 Xcelerator Share 提供隨時隨地可以從任意設備訪問的通用安全設計數(shù)據(jù)庫，助力實現(xiàn)更好的設計協(xié)同。
觀看視頻并了解其工作方式。
通過工業(yè)機器軟件進行項目和數(shù)據(jù)管理
通過云端提供的更好項目和數(shù)據(jù)管理軟件來簡化協(xié)同。
如果設計師、工程師、開發(fā)人員、合作伙伴和客戶能夠輕松訪問所需信息，企業(yè)就可以更快將產(chǎn)品推向市場。
觀看視頻以了解有關工業(yè)機器云端軟件 NX 和 Xcelerator Share 的詳細信息。
展開 蛇形坦克機器人設計蛇形坦克機器人設計 ￥5
蛇形坦克機器人設計
本項目展示了一種模塊化救援機器人的機械設計，該機器人專為地震后搜救任務而開發(fā)。該機器人將蛇形柔性車身與履帶式（類似坦克）移動系統(tǒng)相結(jié)合，能夠在狹窄、充滿碎石的空間中穿行。它能夠越過高達 30 厘米的障礙物，并傳輸實時熱成像和視頻數(shù)據(jù)以支持救援隊。這種混合設計提高了機器人的機動性、耐用性和環(huán)境適應性，使其非常適合災區(qū)救生行動。
集成式機器設計和制造仿真軟件（免費領文檔）
克服這些困難需要更加高效的機器制造與設計方法，即智能性能工程。
智能性能工程包含三種主要功能：
1. 多物理場仿真
2. 集成式設計和仿真
3. 閉環(huán)驗證
本白皮書重點探討第二方面，即集成式設計和仿真。
采用集成式機器設計和仿真，設計師和仿真工程師可以在同一系統(tǒng)中使用同一模型，有助于推動創(chuàng)新和提高生產(chǎn)效率。
通過智能性能工程進行制造設計和優(yōu)化
將智能性能工程運用于工業(yè)機械和設備設計，機械制造商就可以在云端創(chuàng)建全面的數(shù)字化雙胞胎。
工程師可以使用數(shù)字化雙胞胎來優(yōu)化機器和設備，從而實現(xiàn)質(zhì)量更高的設計、更短的調(diào)試時間和預測性維護功能。
閱讀此白皮書，了解集成式設計和仿真如何為數(shù)字化雙胞胎奠定堅實的基礎。
數(shù)字化和可視化原型制作的設計仿真軟件
數(shù)字化雙胞胎提供數(shù)字化原型，幫助預測實體機器在各種條件下的性能，讓企業(yè)擺脫制作物理樣機的需求。
這種虛擬原型制作幫助實現(xiàn)成本和計劃目標，而不用犧牲復雜定制化機器的質(zhì)量。
擁抱數(shù)字化雙胞胎，機械制造商就能改進對各種組件、設備及其特性的仿真，進一步提高仿真準確度。
下載白皮書，了解集成式設計和仿真如何改善和提高數(shù)字化和可視化原型制作。
智能性能工程和機器仿真
機器仿真和驗證結(jié)果通過智能性能工程存儲在同一個集中存儲庫中，這樣可以實現(xiàn)信息共享自動化、改進不同工程領域之間的協(xié)同并且更好地為客戶需求提供支持。
機械制造商無需從頭開始，而是在機器仿真和測試積累的現(xiàn)成工程知識基礎之上，使用此成熟組件庫，加快設計流程。
閱讀此白皮書，了解工程師如何更快地生成完全優(yōu)化的機器。
展開 從"流浪地球"到ChatGPT，頂流機器人設計需要哪些仿真技術？
機器人一直是科幻類影視作品里的常客。遠有《星球大戰(zhàn)》系列中的R2-D2、足球上長腦袋的BB-8，近有《流浪地球2》里面的“軍犬”笨笨，以及“你動它就動“的門框機器人。不一定類人的外觀、能夠自主活動的關節(jié)，配上一定的人工智能控制算法，大概就是人們幻想中未來機器人的樣子。
在現(xiàn)實生活中，機器人不是什么未來技術。它已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)、服務業(yè)、教育娛樂和軍事等行業(yè)中幾十年，并且隨著相關技術的進步在不斷迭代。應該說，機器人是綜合了當代機械、電子、控制等許多學科知識的一類集大成的產(chǎn)品。隨著人工智能的蓬勃發(fā)展，這個領域也正在變得更加”性感“。
當然，作為一種機械設備，它也離不開機械設計和仿真。在各類機器人的設計流程中，都需要用到哪些仿真相關技術呢？
——先讓我們來看看神奇的chatGPT怎么說：
1、在機器人仿真設計過程中，有哪些重點技術？
2、在機器人的設計流程中，要用到哪些仿真技術
在這里，”仿真“一詞并不僅僅指對三維模型的力學、熱學等有限元仿真，也包含更廣義的，電路仿真、控制系統(tǒng)的仿真等等。
以多體動力學分析為例。機器人一般都包含多個可動的關節(jié)。為了讓機器人的工作表現(xiàn)達到預期目標，在設計階段就需要建立機器人的多體動力學數(shù)字樣機，來評估機器人的動力學、運動學特性。對于機器人整體，可以評估不同的控制策略；對于關鍵的承力部件，可以結(jié)合有限元仿真軟件完成剛-柔耦合分析。甚至還可以做一些拓撲優(yōu)化，讓機器手臂的樣子更具未來感。
展開 
白皮書：機器制造和設計的最新方法
工業(yè)機械制造商采用智能性能工程 (IPE) 來應對如今機器不斷增長的復雜性。
這種新方法融合了新的設計、仿真和測試方法，讓機器制造商得以創(chuàng)建全面數(shù)字化雙胞胎。
用于應對市場挑戰(zhàn)的機器制造和設計軟件
機器制造商面臨諸多挑戰(zhàn)，包括不斷增加的個性化客戶需求和全球競爭。
為了保持競爭優(yōu)勢，制造商必須能夠獲得產(chǎn)品差異化優(yōu)勢，更快地創(chuàng)新，并以更快的節(jié)奏服務客戶。
數(shù)字化可以幫您實現(xiàn)這一切。
借助智能性能工程 (IPE) 進行機器仿真
多物理場仿真和測試為設計工程師在同一位置提供多種物理場和學科研究。
與同一領域多名專家相互孤立工作不同，每位工程師都可以更加輕松地協(xié)作并實現(xiàn)彼此同時合作以更快采取行動。
協(xié)同從制造商和供應商網(wǎng)絡相互聯(lián)通獲取更加智能機器數(shù)據(jù)的設計階段開始，而又遠超這一階段。
通過智能性能工程進行制造優(yōu)化
閉環(huán)驗證可以通過虛擬世界仿真確認真實的物理操作情況。
這可以加深對于機器在測試和原型階段之外的了解，更好地理解機器在客戶現(xiàn)場的實際運行。
由于獲得了機器使用情況方面的信息，這些信息可以與驗證和分析數(shù)據(jù)結(jié)合，進一步優(yōu)化某臺特定機器或者其他類似設備的運行。
智能性能工程將設計與仿真、多物理場仿真和測試融合在一起，形成閉環(huán)驗證，推動創(chuàng)新。
以下為文檔部分截取
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展開 RecurDyn成功案例：基于仿真設計的多關節(jié)機器人
、電動機和減速器規(guī)格的方法
?隨機器人姿態(tài)發(fā)生變化的振動特性難以確定
?在試生產(chǎn)之前難以設計控制器
▎解決方案
?借助逆向動力學預測并確認機器人的運動范圍
?通過RecurDyn模型獲得設計所需的數(shù)據(jù)，如扭矩和剛度
?利用RecurDynMFBD技術準確預測機器人的振動特性
?基于RecurDyn模型代替物理樣機設計控制器
▎結(jié)論
?利用虛擬模型快速設計控制器，無需借助物理樣機即可控制機器人的行為
?通過仿真獲得機器人運動所需的數(shù)據(jù)，包括電機功率、軸承剛度等
?減少對各種設計進行定量評估所需的時間和成本
?通過可視化分析結(jié)果(如固有振動模式的動畫)獲得設計改進方案
▎其他應用場景
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展開 RecurDyn成功案例：基于仿真設計的多關節(jié)機器人
、電動機和減速器規(guī)格的方法
?隨機器人姿態(tài)發(fā)生變化的振動特性難以確定
?在試生產(chǎn)之前難以設計控制器
▎解決方案
?借助逆向動力學預測并確認機器人的運動范圍
?通過RecurDyn模型獲得設計所需的數(shù)據(jù)，如扭矩和剛度
?利用RecurDynMFBD技術準確預測機器人的振動特性
?基于RecurDyn模型代替物理樣機設計控制器
▎結(jié)論
?利用虛擬模型快速設計控制器，無需借助物理樣機即可控制機器人的行為
?通過仿真獲得機器人運動所需的數(shù)據(jù)，包括電機功率、軸承剛度等
?減少對各種設計進行定量評估所需的時間和成本
?通過可視化分析結(jié)果(如固有振動模式的動畫)獲得設計改進方案
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展開 基于ADAMS的機器人吸塵器設計
此種機器人吸塵器的原理非常簡單，即利用普通吸塵器的的吸塵原理，在機器人吸塵器主體部分內(nèi)部驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動形成真空（此機構略去，本設計主要對吸塵器外部工作進行仿真），大氣壓作用下即可將粉塵吸入。本裝置特殊之處在于，機器人主體可以四個方向轉(zhuǎn)向并移動，從而吸收各個方向的粉塵。具體為，機器人主體每轉(zhuǎn)動一個方向，即停止幾秒時間，進行一次吸塵操作，操作完成后在轉(zhuǎn)動，并可向前移動，如此循環(huán)操作下去即可完成多個方向的吸塵操作。在制作成市面產(chǎn)品之前，我們不妨用Adams軟件對其進行動態(tài)動態(tài)動態(tài)動態(tài)虛擬仿真，預先對各動態(tài)系統(tǒng)進行仿真和分析，按照實際的需求修改更進，有效地提高設計的效率和質(zhì)量，用仿真模型代替物理模型進行試驗，降低產(chǎn)品的設計開發(fā)成本。
基于ADAMS的機器人吸塵器設計.doc
展開 2024年RecurDyn優(yōu)秀案例競賽作品分享：核探測機器人底盤設計與越障性能仿真驗證
針對上述問題，對核環(huán)境機器人研究的基礎上設計了一款可用于強輻射場環(huán)境、具有較好通過性和地形適應能力同時附有減震系統(tǒng)的核探測機器人。相較于目前核環(huán)境中的作業(yè)機器人，該機器人搭載多種探測傳感器，并對關鍵驅(qū)控部分進行了輻射屏蔽，使得機器人能夠在強輻射場環(huán)境下完成探查、巡檢作業(yè)。針對目前機器人地形適應能力較差的問題，機器人的履帶移動底盤設計采用驅(qū)動輪與地面具有一定角度的離地角同時使誘導輪接地的方法，使該機器人具有較好的越障性能和較好的通過性，能夠在狹窄環(huán)境下自由移動，同時能夠?qū)崿F(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。利用動力學仿真軟件RecurDyn對機器人進行動力學仿真以驗證其越障性能。
利用動力學仿真軟件RecurDyn對機器人進行了動力學分析，得出了機器人在越障過程中質(zhì)心、速度、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩等的變化。結(jié)果表明機器人結(jié)構設計合理且擁有較好的越障通過性，尤其在翻越圓臺障礙時結(jié)果超出預設目標。證明了機器人設計的可行性，為進一步實驗樣機的研制提供了理論依據(jù)。
二、建模過程
考慮到模型的簡化與求解方便，在建立機器人虛擬樣機模型時分為兩部分，首先在專業(yè)的三維建模軟件SolidWorks中建立其主要結(jié)構并進行簡化，然后在RecurDyn軟件中利用履帶模塊對履帶底盤進行參數(shù)化建模，之后將建立好的車體等零部件導入到RecurDyn軟件中并施加相應的驅(qū)動與約束，最后進行動力學仿真分析。
(1)創(chuàng)建履帶板
機器人底盤履帶實際采用的為柔性橡膠材質(zhì)，由于在仿真軟件中進行大尺寸的剛?cè)狁詈戏抡嬗嬎懔枯^大且速度慢，因此軟件采用先對母履帶板的形狀、尺寸參數(shù)進行定義，之后通過Assembly功能進行裝配，最后在兩相鄰履帶板之間添加Bushing力來完成對履帶的定義。
展開 設計仿真 | AI+仿真雙驅(qū)動！海克斯康領跑人形機器人研發(fā)
Adams軟件還提供了強大的動力學分析功能，能夠?qū)θ诵?em>機器人的各關節(jié)部件及連接進行受力分析。例如，可以精確計算大腿骨架載荷和髖側(cè)輔助支撐載荷，幫助研發(fā)人員了解機器人在運動過程中各部件的受力情況，為結(jié)構設計和材料選擇提供重要依據(jù)，確保機器人在復雜工況下的可靠性和安全性。
02
控制策略仿真與驗證
海克斯康的解決方案支持控制策略的仿真與驗證，包括關節(jié)驅(qū)動控制策略和人形機器人穩(wěn)定性控制策略開發(fā)。通過將Easy5控制算法與Adams的運動仿真模型進行協(xié)同驗證，研發(fā)人員可以快速測試和優(yōu)化控制策略，確保機器人在各種運動狀態(tài)下的穩(wěn)定性和響應性能。這種協(xié)同驗證方式能夠有效縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。
03
部件結(jié)構強度、輕量化及耐久性分析
海克斯康的MSC Apex、MSC Nastran、Digimat及CAEfatigue等工具能夠?qū)θ诵?em>機器人的部件進行結(jié)構強度、輕量化及耐久性分析。通過這些分析，研發(fā)人員可以在保證部件強度和性能的前提下，優(yōu)化部件的結(jié)構設計，減輕機器人整體重量，提高其能效比。同時，耐久性分析能夠預測部件在長期使用中的疲勞壽命，為機器人的可靠性和維護策略提供數(shù)據(jù)支持。
04
驅(qū)動與傳動系統(tǒng)設計仿真
海克斯康的Romax、Cradle及Actran等軟件能夠?qū)θ诵?em>機器人的驅(qū)動與傳動系統(tǒng)進行設計仿真，包括熱與聲學問題的分析。通過這些仿真，研發(fā)人員可以優(yōu)化電機、齒輪等驅(qū)動部件的設計，提高系統(tǒng)的傳動效率和可靠性。同時，熱與聲學問題的分析能夠幫助研發(fā)人員解決機器人在運行過程中可能出現(xiàn)的散熱和噪聲問題，提升機器人的整體性能和用戶體驗。
05
AI大模型集成與復雜場景模擬
海克斯康工業(yè)仿真軟件支持將AI大模型引入Adams，為人形機器人研發(fā)提供更強大的智能化支持。
展開 人形機器人關節(jié)電機設計“寶典”
宇樹A1機器人關節(jié)電機簡介
（本圖來源于宇樹官網(wǎng)）
宇樹A1機器人關節(jié)電機是一款高性能電機，專為智能機器人設計，主要用于關節(jié)和機械臂。它配備高精度編碼器，支持精確角度控制和流暢運動，具備高扭矩輸出，適應復雜操作。
接下來，我們根據(jù)宇樹A1官網(wǎng)（https://www.unitree.com/cn/a1motor）提供的電機設計方案，采用“一鍵多場耦合分析”軟件仿真這款電機的各種性能。
b. 宇樹A1機器人關節(jié)電機設計方案
通過截取宇樹A1官網(wǎng)的磁密云圖并導入CAD，簡單量測可得到初步實施方案。
展開 
機器人設計明細及圖片曝光 定位美軍方項目
機器人的設計明細及圖片，該款機器人專為美國軍方研發(fā)。
Endeavor Robotics公司在最后一輪競標中脫穎而出（二選一），負責為美國軍方提供新款多任務無人駕駛地面車輛（UGV），其重量不足25磅。該筆合約價值4億多美元，旨在打造3000個機器人，預計將于明年交付。
Endeavor Robotics首席執(zhí)行官Sean Bielat表示：“若入選CRS-I項目，Scorpion機器人將被用于爆炸物處理（Explosive Ordnance Disposal，EOD），步兵及其他兵種將幫助美國軍方應對未來挑戰(zhàn)。在每支軍事單元中，總有一名士兵負責背負無線電設備，戰(zhàn)斗部隊在不久后會將機器人操作人員納入到其序列中，并由Scorpion這類無人駕駛地面車輛負責攜帶無線電設備。”
Bielat表示：“公司將戰(zhàn)地測試用無人駕駛地面車輛與該款創(chuàng)新型系統(tǒng)相結(jié)合，Scorpion是一款功能強大的產(chǎn)品，融合了智能技術和卓越的工程設計。”
該款堅固耐用、輕量化的Scorpion可提供先進的移動性及操控能力。該款機器人可適應各種崎嶇的地形，完成登階梯任務，并在潮濕或浸沒環(huán)境下工作。Scorpion的機械臂可舉起15磅的重物，最大伸展長度為24英寸，實現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，提升其觸及性。操作人員可通過7個攝像頭獲得高清日間/夜間情境感知（situational awareness）。此外，其開源架構設計使得用戶能夠快速設置Scorpion，用于應對爆炸物處理（EOD）、步兵、工兵或核生化（CBRN）等多種任務。該款機器人采用輕量化復合物打造，可利用3D打印部件，對機器人進行修復。
Scorpion的通用型控制器、uPoint?及MOCU-4軟件使得操作人員能查看并控制其他無人駕駛地面車輛乃至無人機的操控，旨在提升戰(zhàn)場感知（陣地意識，battlefield awareness）。
展開 機器人結(jié)構優(yōu)化設計
機器人結(jié)構優(yōu)化設計
摘要：本文首先通過CREO軟件建立機器人模型，然后通過Hypermesh對模型進行網(wǎng)格劃分和有限元分析，采用Optistrut對該模型進行拓撲優(yōu)化，使得優(yōu)化后的結(jié)構模型滿足設計要求的結(jié)構方案。
關鍵詞：機器人 拓撲優(yōu)化 Optistrut 變密度法
一、 模型介紹
機器人總成的材料以鋼為主，其結(jié)構主要由底座、臂座、臂座板、舵機、連接體、爪座板、爪座、爪子和圓臺等部分組成。通過三維軟件CREO對該機器人進行建模，其建模結(jié)果如圖1.2所示。
圖1.1 機器人模型
圖1.2 機器人模型裝配圖
二、Hypermesh有限元分析
將裝配之后的模型圖利用CREO另存為.stp格式，然后用Hypermesh的Import導入，如圖2.1所示。
圖2.1 導入Hypermesh的裝配圖
導入裝配圖之后，畫網(wǎng)格之前，要先對模型進行檢查和清理，為畫網(wǎng)格清除障礙。將模型處于topo模式下，看到所有的線都是綠線，說明模型是完整的，可以畫網(wǎng)格。
圖2.2 Topo模式下的模型圖
設置梁單元，點擊BeamSection Collectors，建bar層，元件連接效果圖如圖2.3所示。
圖2.3連接圖
有限元分析過程如下：
（1）網(wǎng)格劃分
底座和圓臺屬于不太重要的部分，選擇四面體網(wǎng)格，點3D→ tetramesh→element size為 20→interpolate；機械臂部分同樣的操作步驟，將element size改為5；網(wǎng)格總數(shù)為32270。網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2.4所示。
展開 設計仿真 | 基于ODYSSEE 的機器學習方法在汽車約束系統(tǒng)魯棒性分析中的應用
基于R2精度評價標準，采用交叉驗證法對駕駛員側(cè)約束系統(tǒng)碰撞仿真結(jié)果進行機器學習算法尋優(yōu)。結(jié)果表明，本征正交分解（POD）+Kriging方法在所有算法中精度最高。
圖3 (a) 機器學習模型搭建；(b) 機器學習模型精度對比
假人傷害魯棒性分析
假人傷害魯棒性分析需要大量碰撞仿真，利用上述訓練的高精度機器學習模型，能夠快速計算不同輸入?yún)?shù)下系統(tǒng)的各個響應曲線，大大提高工作效率。
使用蒙特卡洛方法進行數(shù)據(jù)的采樣，假定3個設計變量滿足均值為設計值，均方差為設計值3.3%的正態(tài)分布。
從圖4統(tǒng)計結(jié)果來看，在魯棒性分析中，假人總得分均值略高于設計值，如考慮可靠性優(yōu)化設計（如6σ設計要求），約束系統(tǒng)關鍵零部件設計參數(shù)仍需進一步優(yōu)化，以確保假人在物理試驗中得分滿足預設的星級開發(fā)目標。
圖4. 假人總得分分布圖
應用價值
基于ODYSSEE的POD降階算法，使用少量的樣本點，就能夠?qū)崿F(xiàn)對汽車約束系統(tǒng)中假人傷害曲線的高精度預測，可以有效提高仿真工程師的工作效率。
通過POD降階模型，與蒙特卡洛采樣方法的結(jié)合，能有效評估假人得分魯棒性，為性能開發(fā)人員快速提供參數(shù)調(diào)整依據(jù)。
展開 烏克蘭宣布成功測試新型32兆瓦燃氣輪機
近日，烏克蘭著名船用燃氣輪機制造商曙光-機器設計科研生產(chǎn)聯(lián)合體宣布，成功測試了一臺新型的32兆瓦燃氣輪機，并聲稱該燃氣輪機是舉世無雙的。而烏克蘭總統(tǒng)彼得-波羅申科（Petro Poroshenko）在訪問該工廠期間也聲稱這一點。
波羅申科表示：“今天，一臺新的燃氣輪機成功測試，這臺新型的32兆瓦燃氣輪機是舉世無雙的，讓我們看看誰會是我們的競爭對手：美國通用電氣？德國西門子？”
波羅申科還表示，該工廠已經(jīng)收到了第一份合同，總價值超過1290萬美元。
波羅申科宣稱：“這份合同的價值超過了1070萬美元，加上安裝服務，我想將超過1290萬美元，這是曙光-機器設計科研生產(chǎn)聯(lián)合體在該燃機上收到的首份訂單，但這僅僅是開始，我們預計2~3年后，訂單總價值將超過8950萬美元。”
如今，曙光-機器設計科研生產(chǎn)聯(lián)合體是東歐唯一的一家生產(chǎn)船用燃氣輪機的制造商，曾經(jīng)與我國國內(nèi)的中船重工703所開展過廣泛的合作，包括GT25000艦用燃氣輪機。同時曙光-機器設計科研生產(chǎn)聯(lián)合體也是前獨聯(lián)體主要大型軍艦的動力，俄烏交惡后，烏克蘭對俄羅斯船用燃氣輪機的斷供，使得俄羅斯多艘軍艦的建設停工。
此外，波羅申科還表示，與俄烏沖突前的2013年相比，烏克蘭的天然氣消耗量下降了30%，他強調(diào)：“我的任務是增加我們的天然氣產(chǎn)量，同時減少低效的天然氣消耗。”
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