幾年前寫(xiě)的一個(gè)東西，正好碰見(jiàn)最近有人問(wèn)這個(gè)，就放上來(lái)

4軸SCARA機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，覺(jué)得第二個(gè)連桿可以進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化分析進(jìn)行輕量化，于是創(chuàng)建了一個(gè)簡(jiǎn)化的模型進(jìn)行了拓補(bǔ)優(yōu)化分析，并完成最終三維設(shè)計(jì)。如下：

一、建模

按照某外資品牌的樣本（網(wǎng)上可以自由下載），獲得其桿長(zhǎng)及其他基本尺寸，依??

據(jù)此數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模：

? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

?注意：1考慮到機(jī)器人外觀及功能，上面創(chuàng)建的三維在優(yōu)化分析中是不能去除材料的，也就是說(shuō)上面的三維是非設(shè)計(jì)區(qū)域

2. 為什么壁厚是3mm？這個(gè)要從工藝的角度來(lái)考慮，一般機(jī)械臂都為鑄造，而鑄造常用的工藝用沙鑄、重力、高壓等。3mm壁厚只能是壓鑄，如果是沙鑄或是重力，壁厚很難做到3mm。

二、 將三維導(dǎo)入hypermesh并劃分網(wǎng)格

紫色部分就是上面創(chuàng)建的三維，橙色部分是在hm中生成的，網(wǎng)格尺寸為3mm，3mm其實(shí)偏大，不過(guò)減小單元尺寸的話，計(jì)算量會(huì)增加很多，實(shí)際設(shè)計(jì)中，肯定要減小這個(gè)單元尺寸

三、?定義材料及屬性

n? 材料采用鑄鋁A356（國(guó)內(nèi)牌號(hào)ZL101A），E=70000，Nu=0.33

n? 定義屬性，這里就要注意了，要定義兩個(gè)屬性，其中一個(gè)屬性賦予非設(shè)計(jì)區(qū)域，一個(gè)屬性賦予設(shè)計(jì)區(qū)域，雖然這兩個(gè)屬性完全一樣，沒(méi)有任何區(qū)別?

四、?創(chuàng)建工況

1.???? 邊界條件：固定1軸減速機(jī)安裝面

2.???? 依據(jù)機(jī)器人的實(shí)際工作情況，創(chuàng)建兩種工況：（1）1軸旋轉(zhuǎn)，命名為L(zhǎng)1 （2）3軸上下運(yùn)動(dòng)，命名為L(zhǎng)2

力的大小依據(jù)機(jī)器人3/4軸的重量及1軸大致的旋轉(zhuǎn)速度而定

最終模型如下圖所示：

?

五、優(yōu)化分析

首先回憶下優(yōu)化的三要素：設(shè)計(jì)變量、約束、目標(biāo)

1.???? 定義設(shè)計(jì)變量

創(chuàng)建好設(shè)計(jì)變量后，還需要對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行一定的設(shè)置，不然就算優(yōu)化出來(lái)，結(jié)果也是沒(méi)用的

?

定義最小成員尺寸，也就是說(shuō)最終優(yōu)化的結(jié)果最少包含一個(gè)單元（本例中）

?

?

必須定義一個(gè)拔模方向，如果不定義，那么就算最終優(yōu)化出來(lái)結(jié)果，如果拔不了模，其結(jié)果也是無(wú)效的

?

?

使用兩點(diǎn)定義一個(gè)對(duì)稱平面，即最終的優(yōu)化結(jié)果是關(guān)于定義的平面對(duì)稱

這個(gè)平面經(jīng)過(guò)第一個(gè)點(diǎn)，并且平面的法向量為兩點(diǎn)定義的向量

到此，設(shè)計(jì)變量定義完畢

2.???? 定義響應(yīng)

定義兩個(gè)響應(yīng)：（1）體積分?jǐn)?shù)

（2）撓度（也可以稱之為柔度，與剛度對(duì)應(yīng)）

這里我選擇的是權(quán)重?fù)隙?，什么意思呢？也就是說(shuō)，我上面創(chuàng)建了兩個(gè)工況L1和L2，在機(jī)器人實(shí)際工作中，旋轉(zhuǎn)工況比上下運(yùn)動(dòng)的工況更頻繁，那么就可以對(duì)這兩個(gè)工況進(jìn)行一個(gè)權(quán)重的設(shè)置，比如說(shuō)L1的權(quán)重是2，L1的權(quán)重是1，那么后續(xù)優(yōu)化分析中，算法會(huì)依據(jù)權(quán)重改變優(yōu)化結(jié)果

3.???? 定義約束

將上面定義的響應(yīng)中的體積分?jǐn)?shù)，設(shè)置一個(gè)上限為0.2的約束，即橙色部分最終優(yōu)化后，體積減少80%以上

?

4.???? 定義目標(biāo)函數(shù)

將上面定義的響應(yīng)中的撓度最小化，也就是柔度最小化，即剛度最大化

到此，定義完畢，提交計(jì)算，經(jīng)過(guò)33次迭代，計(jì)算完畢

提示FEASIBLE DESIGN (ALL CONSTRAINTS SATISFIED)，說(shuō)明優(yōu)化是成功的

?

六、?后處理

隔離出單元密度正常的單元

最終優(yōu)化結(jié)果如上圖所示