機器人研發(fā)設計背后的CAE仿真技術，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（以下簡稱“CITE2024”）。在CITE2024上，《2023年深圳市機器人產業(yè)發(fā)展白皮書》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1萬家，產業(yè)鏈總產值為1797億元，同比增長8.7%。此外，深圳機器人產業(yè)專利申請量近10年高速增長，占據核心零部件、本體制造、系統(tǒng)集成服務上中下游全產業(yè)鏈。元王也有幸參與其次CITE2024，并對外展示了我們的CAE仿真技術及自研RQMS平臺，3天展會期間吸引眾多觀展者了解和咨詢。
隨著技術的不斷進步，對機器人的性能要求也日益嚴苛，傳統(tǒng)的設計方法已難以滿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、精準的技術手段，正逐漸成為推動機器人行業(yè)發(fā)展的重要力量。
在機器人研發(fā)設計中，離不開CAE仿真技術，其優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面：
01拓撲優(yōu)化
提升結構的剛度和穩(wěn)定性
通過對機器人的關鍵部件進行拓撲優(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程中更加穩(wěn)定。例如，對串聯(lián)型工業(yè)機器人的大臂進行拓撲優(yōu)化，可以提高其結構的剛度，同時也增強了其固有頻率，達到輕量化的目標。
實現結構的輕量化
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，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態(tài)性能。
增強結構的動態(tài)性能
通過拓撲優(yōu)化，可以改善機器人結構的動態(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。
促進產品造型與功能的結合
拓撲優(yōu)化不僅關注結構性能的提升，還考慮產品的外觀設計。在機器人設計中，拓撲優(yōu)化可以幫助設計師創(chuàng)造出既美觀又實用的產品形態(tài)，加強產品造型設計與制造工藝間的聯(lián)系。
02多體動力學
運動分析和優(yōu)化
在機器人設計階段，多體動力學仿真有助于分析機器人的運動學特性，如關節(jié)運動范圍、速度和加速度等。這有助于優(yōu)化機器人的結構設計，以實現更高效、更精確的運動。
系統(tǒng)級性能評估
多體動力學不僅能夠分析單個機器人的運動，還能夠評估多個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(tǒng)（如多無人車系統(tǒng)、多無人機系統(tǒng)）的控制和編隊控制尤為重要。
故障模式分析
多體動力學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，多體動力學仿真可以作為虛擬原型進行測試，這有助于發(fā)現問題并提前進行設計修改，節(jié)省成本和時間。
03熱分析
優(yōu)化散熱系統(tǒng)
通過熱仿真分析，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(tǒng)，確保機器人在高負載或高溫環(huán)境下的穩(wěn)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。這些技術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(tǒng)集成
在機器人系統(tǒng)集成過程中，熱仿真分析有助于評估各個組件之間的熱相互作用，確保整個系統(tǒng)的熱平衡和兼容性。
性能測試
在機器人的性能測試階段，熱仿真可以用來驗證實際工作條件下的熱效應，與理論分析和實驗數據進行對比，進一步優(yōu)化設計。
故障診斷
熱仿真分析還可以用來診斷機器人在運行中可能出現的熱相關問題，如過熱、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行優(yōu)化，還能夠提高產品的性能，縮短研發(fā)周期，降低成本等，發(fā)揮著巨大作用。
通過這種先進的CAE仿真技術，機器人行業(yè)能夠更快速地響應市場需求，推出更加精確、穩(wěn)定和高效的機器人產品。
元王將通過CAE仿真技術賦能更多機器人研發(fā)設計企業(yè)，將科技創(chuàng)新迅速轉化為生產力，在產品研發(fā)設計上提供最強的保障，助力企業(yè)快速占領先機，成為機器人行業(yè)“領頭羊”。
