機械臂設計優(yōu)化
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2022-02-22
機械臂設計優(yōu)化的視頻教程
Abaqus在石油機械設計中的應用—基于強度校核的設計優(yōu)化
Abaqus在石油機械設計中的應用—基于強度校核的設計優(yōu)化 適用人群：從事石油機械及井下工具設計人員，或者其他行業(yè)從事機械設計的技術人員。
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CATIA Motion Analyst從概念設計到詳細設計，仿真高端機械系統(tǒng)并無縫優(yōu)化其動態(tài)行為。
CATIA Motion Analyst 從概念設計到詳細設計，仿真高端機械系統(tǒng)并無縫優(yōu)化其動態(tài)行為。 1、高端運動仿真是實現(xiàn)出色機械系統(tǒng)的完全虛擬開發(fā)的關鍵。運動分析師可以在完全集成的MODSIM環(huán)境中預測和優(yōu)化復雜機械系統(tǒng)的運動學和高級高頻動態(tài)行為。 2、此角色的核心運動分析應用程序包含并擴展運動工程應用程序的運動仿真功能。
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機械臂設計優(yōu)化的實例教程
象鼻機器人是一種模仿象鼻行為的具有無限自由度的機械手臂，目前正在研發(fā)中。這種機械臂機器人是由一組圓盤，通過中心連接到一個柔性軸上，由一組穿過圓盤的電纜控制。電纜的末端直接連接到電機上。手臂具有連續(xù)運動，可針對特定的應用場景進行定制，例如，探查危險區(qū)域。為了優(yōu)化這種柔性機械臂的設計，需要研究幾個參數(shù)：纜繩張力、纜繩末端隨時間變化的力、驅動機構所需的力、機器人的工作體積。
▎仿真過程
① 創(chuàng)建由象鼻形狀的體組成的象鼻機器人機械臂柔性體模型，它由圓盤、電纜、底座和柔性軸組成的象鼻形身體組成
② 使用用戶定義的運動對安裝在象鼻底部的執(zhí)行器和直流電機進行數(shù)學建模
③ 研究了機器人機械臂在工作區(qū)域內(nèi)可以達到的運動范圍
④ 計算并比較了不同材料（尼龍、聚四氟乙烯）操作過程中電纜的強度
⑤ 計算運行期間電纜承受的荷載
⑥ 計算運行期間電纜與圓盤接觸時所承受的摩擦載荷
▎關鍵仿真技術
?多體動力學，專門用于多個部件的機械建模：若干盤、電纜、底座、軸和直流電機。
展開 本作品先建立機械臂的簡化模型，在ADAMS中先進行預定工況的軌跡仿真，得到各關節(jié)扭矩的波動情況，將機械臂的簡化模型導入到hypermesh中進行網(wǎng)格劃分，再導入到opstruct中進行結構的拓撲優(yōu)化，負載設定為扭矩的最大值，優(yōu)化目標設定為變形最小。
負載加速度
關節(jié)2加速度
關節(jié)3加速度
1 前言
圖 1 Inspire優(yōu)化案例
上圖對于熟悉Solidthinking Inspire的伙伴一定不陌生，因為每次打開軟件總能看見這張圖片。我第一次見到這張圖也是覺得很神奇，雖然這種只能3D打印的結構被罵得也不少，不過這并不妨礙結構優(yōu)化技術為設計提供靈感。下面我也就對一個簡易的機械臂模型進行優(yōu)化，但是需要注意的是，這里只是針對某些工況進行分析優(yōu)化，并沒有說一定比原結構好，做這個案例的目的也是根據(jù)前面的路子，開始處理一些稍微復雜點的結構而已，并不是去說優(yōu)化出來的結構有多好（或者說肯定是考慮不全的），所以希望大家?guī)е@樣的心態(tài)去看文章，否則會因為文章里面很多由于個人說不清楚的部分使得大家產(chǎn)生誤會。
2 問題描述
圖 2 機械臂三維模型
如圖所示是網(wǎng)上找到的一個常見機械臂模型，現(xiàn)在考慮三種工況
工況一：夾持端受到沿著X方向（水平方向）100N的反力
工況二：夾持端受到沿著Z方向（豎直方向）100N的反力
工況三：夾持端受到沿著Y方向（紙面方向）20N的側向力
現(xiàn)預綜合考慮三種工況，希望對結構進行一定減重，并使得各工況下最大位移均不超過原始結構。
3 問題分析
首先我們初步選定下可優(yōu)化的部位。這步一方面是對我們的優(yōu)化目標有個初步的認識，另一方面是為了簡化分析，仔細考慮下希望優(yōu)化的部分，其余部分可做稍大簡化。觀察結構，我們會發(fā)現(xiàn)大臂那一塊機構有較大優(yōu)化潛力，包括連桿以及連桿傳動軸。其次，臂座那一塊貌似也有很多閑置材料。因此我們初步定義的可優(yōu)化部分有大臂，連桿，連桿傳動軸以及臂座。
其次，按照套路，我們需要先進行一個靜力分析，分析下各工況下結構的強度以及剛度情況。
展開 摘要：本研究旨在解決機械臂在復雜環(huán)境中避障路徑規(guī)劃的問題。本文提出了一種利用粒子群優(yōu)化算法（PSO）進行機械臂避障規(guī)劃的方法，通過建立機械臂的運動模型，將避障問題轉化為優(yōu)化問題。PSO算法通過模擬群體中個體的社會行為和個體行為來尋找到最佳路徑，確保機械臂在避開障礙物的同時，能夠高效地到達目標位置。研究表明，基于PSO算法的避障規(guī)劃在收斂速度和路徑優(yōu)化上具有良好的性能，能夠有效提高機械臂的操作效率和安全性。此方法在工業(yè)機器人、醫(yī)療設備和服務機器人等領域具有廣泛的應用前景。
關鍵詞：粒子群優(yōu)化算法，六自由度機械臂，三維空間，避障規(guī)劃，路徑優(yōu)化，機器人技術
參考文獻：
[1]朱戰(zhàn)霞,靖颯,仲劍飛,等.基于碰撞檢測的空間冗余機械臂避障路徑規(guī)劃[J].西北工業(yè)大學學報, 2020, 38(1)
:8.DOI:CNKI:SUN:XBGD.0.2020-01-023.
[2]馬宇豪.六自由度機械臂避障軌跡規(guī)劃及控制算法研究[D].中國科學院大學[2024-06-08].
圖1 六自由度機械臂三維空間避障規(guī)劃示意圖
基于粒子群優(yōu)化算法的三維避障路徑規(guī)劃
1.1 路徑規(guī)劃問題描述
路徑規(guī)劃是指在已知環(huán)境信息的情況下，確定從起始點到目標點的最優(yōu)路徑，并且該路徑不能與環(huán)境中的障礙物相交。具體來說，假設環(huán)境內(nèi)存在多個障礙物，路徑規(guī)劃的目標是找到一條從起始點到目標點的最短路徑，同時確保該路徑避開所有障礙物。
如圖2所示，在一個三維空間中，有若干障礙物分布在路徑上。需要通過路徑規(guī)劃算法計算出一條從起始點到目標點的最短路徑，并且該路徑不與任何障礙物發(fā)生碰撞。這種路徑規(guī)劃在機器人導航、自動駕駛和工業(yè)自動化等領域中具有重要應用。圖1展示了一個典型的三維空間避障路徑規(guī)劃問題。
展開 1 課題背景
仿真驅動設計的結構設計理念已融入多種新產(chǎn)品的研發(fā)流程中，尤其在零部件類的設計過程中采用優(yōu)化仿真驅動結構設計，不僅可以保證產(chǎn)品性能要求，還大大地縮短了開發(fā)周期。
近年來，基于拓撲優(yōu)化設計的鑄件類汽車控制臂已屢見不鮮，鑄件雖然減少了部分重量，但是考慮到性能和成本，綜合效果不是很理想。面對目前新能源汽車對結構件輕量化水平要求越來越高，對于控制臂來說，采用單板沖壓式結構是比較理想的選擇。
本課題以設計輕型單板式控制臂為目標，在設計過程中始終貫徹以綜合性能為約束條件，聯(lián)合利用了OptiStruct優(yōu)化工具，包括拓撲優(yōu)化、形貌優(yōu)化、尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化。最終產(chǎn)品不僅滿足各項性能要求，并且重量比同級別車型減重35%，達到設計目標。
2 產(chǎn)品開發(fā)流程
單板式控制臂設計流程見下圖：
3 拓撲優(yōu)化
首先利用拓撲優(yōu)化，確定控制臂的整體結構形式，為后續(xù)優(yōu)化設計提供基礎構型。控制臂的拓撲優(yōu)化空間及拓撲后的結果，請參看下圖：
通過拓撲結果可以看出控制臂的基本結構形式，及部分加強筋的分布。
設計部基于拓撲結果可以得到初版數(shù)模，如下圖
4 形貌優(yōu)化
對初版數(shù)模進行剛強度驗算，產(chǎn)看設計狀態(tài)，為形貌優(yōu)化準備參考數(shù)據(jù)。根據(jù)分析，選擇中間平板區(qū)域進行形貌優(yōu)化，具體選擇及形貌定義，見下圖：
經(jīng)過迭代優(yōu)化后，形貌優(yōu)化結果及優(yōu)化前對比，如下圖所示：
5、尺寸及形狀優(yōu)化
經(jīng)過形貌優(yōu)化后，控制臂的設計狀態(tài)如下圖
結構設計到現(xiàn)在已經(jīng)接近最終狀態(tài)，最后以目標重量為優(yōu)化目標，以剛度、強度及穩(wěn)定性為約束條件進行板厚和局部形狀的細節(jié)優(yōu)化。
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TurboTides是一款針對旋轉機械領域的集設計、建模、仿真、優(yōu)化、數(shù)據(jù)管理于一體的現(xiàn)代化設計平臺。該產(chǎn)品是CAE仿真工具與系統(tǒng)工程思想的正向設計系統(tǒng)，致力于為旋轉機械行業(yè)用戶提供一體化、專業(yè)化、定制化和智能化的CAE設計工具。
本次TurboTides
摘要：本研究旨在解決機械臂在復雜環(huán)境中避障路徑規(guī)劃的問題。本文提出了一種利用粒子群優(yōu)化算法（PSO）進行機械臂避障規(guī)劃的方法，通過建立機械臂的運動模型，將避障問題轉化為優(yōu)化問題。PSO算法通過模擬群體中個體的社會行為和個體行為來尋找到最佳路徑，確保機械臂在避開障礙物的同時，能夠高效地到達目標位置。研究表明，基于PSO算法的避障規(guī)劃在收斂速度和路徑優(yōu)化上具有良好的性能，能夠有效提高機械臂的操作效率和安全性
本文介紹了使用AI神經(jīng)網(wǎng)絡進行旋轉機械葉片設計、仿真和優(yōu)化的方法。通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡模型，實現(xiàn)了對葉片性能的準確預測和優(yōu)化。本文的研究結果表明，AI神經(jīng)網(wǎng)絡能夠有效地應用于旋轉機械葉片的設計、仿真和優(yōu)化過程，并可提高葉片的性能和效率。
旋轉機械葉片是各種動力設備的關鍵部件，如航空發(fā)動機、燃氣輪機、壓縮機等。這些設備的性能和效率往往受到旋轉機械葉片的設計和性能的影響。因此，如何提高旋轉機械葉片的性能和效率是當前研究的熱點問題
摘要：【目的】針對螺桿加工專用銑床存在自動化程度低、功能集成度不高、生產(chǎn)工藝周期長、機床結構形式陳舊、機械結構穩(wěn)定性差等不足。【方法】課題組以數(shù)控銑床系統(tǒng)結構穩(wěn)定性設計的研究為出發(fā)點，根據(jù)機床設計目標和各項性能指標要求，研究與加工工藝相適應的功能機構布局，設計機床總體結構方案，重點研究上下料機構、旋銑系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、床身的設計。【結果】設計出具有性能優(yōu)良、功能完備的高端電機軸螺桿旋銑設備
為了優(yōu)化這種柔性機械臂的設計，需要研究幾個參數(shù)：纜繩張力、纜繩末端隨時間變化的力、驅動機構所需的力、機器人的工作體積。
摘要：為有效解決汽車架構開發(fā)中懸架控制臂的疲勞耐久問題，研究了某架構項目后懸架下控制臂的設計優(yōu)化方法。采用多體動力學、有限元方法、耐久評估、結構優(yōu)化設計等技術，研究架構項目調(diào)試件參數(shù)對后下控制臂載荷和耐久性能的影響規(guī)律，找出架構帶寬中對于控制臂設計最惡劣的參數(shù)組合，對其耐久性能進行仿真分析和優(yōu)化，使其耐久性能可滿足整個架構帶寬的需求，并借助臺架試驗和整車路試對其疲勞壽命進行考核和驗證
3D 打印砂型鑄造模具和型芯正在改變當今高性能、大型金屬零件的制造方式。增材制造使現(xiàn)代鑄造廠能夠在交貨期內(nèi)快速生產(chǎn)出復雜的金屬零件。本文以 3 英尺長機械臂的重新設計和制造為例，闡述了將先進設計工具與 3D 打印砂模相結合的優(yōu)點。
本案例主要介紹了基于Ansys專門優(yōu)化軟件optiSLang、旋轉機械氣動仿真軟件CFX和結構仿真軟件Mechanical對某軸流風扇葉片進行參數(shù)化優(yōu)化的過程；優(yōu)化目標為在固定轉速和背壓條件下，盡可能增大風扇流量并保證風扇的最大應力不超過限定值。通過該案例可掌握在Ansys軟件體系下進行風扇葉片設計、仿真和多學科優(yōu)化的一般流程和方法。
裝配工藝設計注意事項：
注意事項
不好的設計
改進后的設計
1.盡可能使裝配操作分開
(1)便于分解為組件，以便實現(xiàn)包括預裝配和終了裝配的裝配分級
這些軟件，你見過多少？你會多少？
