机器人研发设计背后的CAE仿真技术，竟然发挥如此大作用！
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2024-04-18 09:27:15
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前不久，在深圳举办了为期三天的第十二届中国电子信息博览会（以下简称“CITE2024”）。在CITE2024上，《2023年深圳市机器人产业发展白皮书》正式发布。数据显示，深圳机器人行业新注册企业超过1万家，产业链总产值为1797亿元，同比增长8.7%。此外，深圳机器人产业专利申请量近10年高速增长，占据核心零部件、本体制造、系统集成服务上中下游全产业链。元王也有幸参与其次CITE2024，并对外展示了我们的CAE仿真技术及自研RQMS平台，3天展会期间吸引众多观展者了解和咨询。
随着技术的不断进步，对机器人的性能要求也日益严苛，传统的设计方法已难以满足现代机器人的研发需求。计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering, CAE）仿真分析，作为一种高效、精准的技术手段，正逐渐成为推动机器人行业发展的重要力量。
在机器人研发设计中，离不开CAE仿真技术，其优势主要体现在以下几个方面：
01拓扑优化
提升结构的刚度和稳定性
通过对机器人的关键部件进行拓扑优化，可以有效提高其结构的刚度，从而使得机器人在操作过程中更加稳定。例如，对串联型工业机器人的大臂进行拓扑优化，可以提高其结构的刚度，同时也增强了其固有频率，达到轻量化的目标。
实现结构的轻量化
拓扑优化可以帮助设计师在保持或提高结构性能的同时，减少材料的使用，从而达到减轻机器人整体重量的目的。这不仅有助于降低材料成本，还能提高机器人的能效和动态性能。
增强结构的动态性能
通过拓扑优化，可以改善机器人结构的动态特性，如提高其固有频率，这对于提高机器人的响应速度和避免共振具有重要意义。
促进产品造型与功能的结合
拓扑优化不仅关注结构性能的提升，还考虑产品的外观设计。在机器人设计中，拓扑优化可以帮助设计师创造出既美观又实用的产品形态，加强产品造型设计与制造工艺间的联系。
02多体动力学
运动分析和优化
在机器人设计阶段，多体动力学仿真有助于分析机器人的运动学特性，如关节运动范围、速度和加速度等。这有助于优化机器人的结构设计，以实现更高效、更精确的运动。
系统级性能评估
多体动力学不仅能够分析单个机器人的运动，还能够评估多个机器人之间的相互作用和协同效果。这对于多智能体系统（如多无人车系统、多无人机系统）的控制和编队控制尤为重要。
故障模式分析
多体动力学仿真还可以用于识别潜在的故障模式，从而在设计阶段就预防可能的故障和安全问题。
虚拟原型测试
在机器人还未制造出物理样机之前，多体动力学仿真可以作为虚拟原型进行测试，这有助于发现问题并提前进行设计修改，节省成本和时间。
03热分析
优化散热系统
通过热仿真分析，可以预测和分析机器人在不同工况下的热行为，包括温度分布和热流量。这有助于设计高效的散热系统，确保机器人在高负载或高温环境下的稳定运行。
材料选择
热仿真可以帮助工程师选择合适的材料，以承受特定的温度范围和热应力。这对于提高机器人的性能和寿命至关重要。
结构设计
热仿真分析还可以指导机器人的结构设计，比如防隔热结构的布局，以及在高温环境下工作的机器人的热控技术。这些技术对于确保机器人在极端环境下的可靠性和安全性具有重要意义。
系统集成
在机器人系统集成过程中，热仿真分析有助于评估各个组件之间的热相互作用，确保整个系统的热平衡和兼容性。
性能测试
在机器人的性能测试阶段，热仿真可以用来验证实际工作条件下的热效应，与理论分析和实验数据进行对比，进一步优化设计。
故障诊断
热仿真分析还可以用来诊断机器人在运行中可能出现的热相关问题，如过热、热疲劳等，从而提前采取措施避免故障发生。
CAE仿真分析在机器人设计中的应用是多方面的，它不仅能够帮助工程师在设计阶段进行优化，还能够提高产品的性能，缩短研发周期，降低成本等，发挥着巨大作用。
通过这种先进的CAE仿真技术，机器人行业能够更快速地响应市场需求，推出更加精确、稳定和高效的机器人产品。
元王将通过CAE仿真技术赋能更多机器人研发设计企业，将科技创新迅速转化为生产力，在产品研发设计上提供最强的保障，助力企业快速占领先机，成为机器人行业“领头羊”。
