[发明专利]一种双足类人机器人腿部结构轻量化设计方法

摘要

本发明提供了一种双足类人机器人腿部结构的轻量化设计方法，包括以下步骤：(1)根据机器人腿部结构承受重量大小，对机器人腿部结构进行基于渐进结构拓扑优化设计；设定两种工况进行有限元分析，一种为身体与腿部夹角180°的直立状态，一种为夹角为150°的弯曲状态；(2)进行网格划分，以两种载荷工况的和的应变能为目标函数，以体积为约束条件，将固定以及安装零件部分和螺栓滑槽部分进行冻结，盖板的垂直方向采用拔模约束，进行拓扑结构优化；(3)根据优化结果进行类人机器人的腿部设计。本发明通过渐进结构拓扑优化的方式，实现材料的最优分布，减小双足类人机器人腿部结构的轮廓和质量。

主权项

一种双足类人机器人腿部结构的轻量化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将双足类人机器人的大腿与小腿上端由铰接轴固定，下部轴孔处完全固定；设定两种工况进行有限元分析：工况一为大腿与小腿夹角为180°的直立状态，工况二为大腿与小腿夹角为150°的弯曲状态；将双足类人机器人的大腿与小腿的三维虚拟实验样机模型分别导入有限元分析软件，进行材料属性设置，组装部件，定义分析步，设置两种工况的载荷和边界条件，将网格划分为四节点二次四面体单元；将辅助分析的大腿轴孔、大腿安装孔、小腿轴孔、小腿安装孔、电机安装孔、驱动器安装位置以及螺栓滑槽进行冻结，以盖板的垂直方向采用拔模方向约束；将工况一、工况二分别设置为大腿与小腿夹角为180°和150°，将大腿下端的大腿安装孔和小腿下端的小腿安装孔分别固定，在大腿上端的大腿轴孔和小腿上段的小腿轴孔的位置分别施加身体重力对腿部影响的载荷；(2)以两种载荷工况的和的应变能为目标函数，以体积为约束条件，对大腿和小腿分别进行拓扑结构优化，随着体积分数的减少，应变能缓慢增加，综合应变能和体积分数的结果，选取最优结果作为设计的参考模型；(3)根据参考模型以及优化过程中体积减少的先后顺序，进行新模型的设计。