(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210738989.0 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 广东工业大 学 地址 510090 广东省广州市东 风东路729号 申请人 广东省机 器人创新中心有限公司 (72)发明人 周健松　黄运保　杨煜俊　梁俊杰　 (74)专利代理 机构 广州新诺专利商标事务所有 限公司 4 4100 专利代理师 吴泽燊 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 基于实际边界约束的零件有限元分析方法、 设备及介质 (57)摘要 本发明公开了一种基于实际边界约束的零 件有限元分析方法、 设备及介质， 所述方法包括 如下步骤： S1、 建立待优化零部件有限元模型， 设 置模型的材料参数； S2、 对待优化零部件进行实 验测量， 获得待优化零部件的实际约束边界的位 移情况； S3、 根据模型、 实际约束边界的位移情 况， 进行应力分析； S4、 根据模型、 实 际约束边界 的位移情况、 工作载荷及应力分析结果， 对待优 化零部件进行拓扑优化； S5、 根据优化后的零部 件， 重复步骤S2、 S3， 判断拓扑优化是否达到预期 效果。 本发 明可以根据待优化零部件的实际约束 边界的位移情况及应力分析结果， 对零部件进行 拓扑优化， 通过二次实验测量和二次应力分析， 检验拓扑优化是否 达到预期效果。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115114823 A 2022.09.27 CN 115114823 A 1.一种基于实际边界约束的零件有限元分析方法， 其特征在于， 所述方法包括如下步 骤： S1、 建立待优化 零部件有限元模型， 设置模型的材 料参数； S2、 对待优化 零部件进行实验测量， 获得待优化 零部件的实际约束边界的位移情况； S3、 根据模型、 实际约束边界的位移情况， 进行应力分析； S4、 根据模型、 实际约束边界的位移情况、 工作载荷及应力分析结果， 对待优化零部件 进行拓扑优化； S5、 根据优化后的零部件， 重复步骤S2、 S3， 判断拓扑优化是否 达到预期效果。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 在步骤S1中， 包括 步骤： 对机器人 结构进行简化， 确定待优化 零部件； 根据待优化 零部件的形状、 尺寸， 建立待优化 零部件有限元模型； 根据待优化 零部件的形状、 尺寸及属性， 设置有限元模型 材料参数。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 在步骤S2中， 还 包括步骤： 当机器人处于设计阶段或其他情况时， 对零件进行运动仿真或采用相似结构的零件进 行实验测量。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 在步骤S4中， 包括 步骤： 设定设计域和非设计域； 确定优化的目标函数和拓扑优化的约束条件； 根据模型、 实际约束边界的位移情况、 工作载荷、 应力分析结果及目标函数和约束条 件， 进行优化。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 在步骤S5中， 包括如下步骤： 根据优化后的零部件， 进行实验测量， 获得实际约束边界的二次位移情况； 根据模型、 实际约束边界的二次位移情况及优化后的零部件的负载情况， 进行计算； 将计算结果与设计要求进行对比， 判断拓扑优化是否 达到预期效果。 6.一种设备， 其特 征在于， 包括： 处理器； 用于存储所述处 理器可执行指令的存 储器； 其中， 所述处理器被配置为执行所述指令， 以实现如权利要求1 ‑5中任一项所述的方 法。 7.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 其为计算器可读的存储介质， 其上存储有计 算机程序， 所述计算机程序被执 行时实现如权利要求1 ‑5中任一项所述的方法。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115114823 A 2基于实际边界约束 的零件有限元分析方 法、 设备及介质 技术领域 [0001]本发明属于机器人结构分析技术领域， 具体涉及 一种基于实际边界约束的零件有 限元分析 方法、 设备及 介质。 背景技术 [0002]在机器人结构设计过程中， 在不影响产品使用要求的情况下会进行拓扑优化—— 根据给定的负载情况、 约束条件和性能指标， 在给定的区域内对材料分布进行结构优化。 一 般而言， 机器人零部件数量繁多且结构复杂， 对整体机器人进行拓扑优化耗时长久且效率 较低。 传统的机器人拓扑优化方法是提取需要优化的机器人部件， 建立对应结构的有限元 模型， 然后基于等效边界条件， 即将与机器人其他部件连接的位置 设为固定约束。 根据负载 进行有限元应力分析， 最后通过优化 算法从设计域中确定材 料分布形成新的机器人 结构 [0003]一般拓扑优化过程中， 会对机器人零部件连接 的部位设置为固定约束， 将边界的 部分或全部 自由度变性约束设为零。 但实际机器人在正常工况下， 连接边界几乎不会固定 不动， 会根据负载发生轻微的偏移。 两者之间的差异会影响机器人有限元应力 分析得到的 应力分布结果， 无法准确计算边界及其附近的应力 分布， 从而影响后续的疲劳分析及拓扑 优化结果。 发明内容 [0004]为了克服上述技术缺陷， 本发明提供了一种基于实际边界约 束的零件有限元分析 方法。 [0005]为了解决上述问题， 本发明按以下技 术方案予以实现的： [0006]一种基于实际边界约束的零件有限元分析 方法， 所述方法包括如下步骤： [0007]S1、 建立待优化 零部件有限元模型， 设置模型的材 料参数； [0008]S2、 对待优化零部件进行实验测量， 获得待优化零部件的实际约束边界的位移情 况； [0009]S3、 根据模型、 实际约束边界的位移情况， 进行应力分析； [0010]S4、 根据模型、 实际约束边界的位移情况、 工作载荷及应力分析结果， 对待优化零 部件进行拓扑优化； [0011]S5、 根据优化后的零部件， 重复步骤S2、 S3， 判断拓扑优化是否 达到预期效果。 [0012]进一步的， 在步骤S1中， 包括 步骤： [0013]对机器人 结构进行简化， 确定待优化 零部件； [0014]根据待优化 零部件的形状、 尺寸， 建立待优化 零部件有限元模型； [0015]根据待优化 零部件的形状、 尺寸及属性， 设置有限元模型 材料参数。 [0016]进一步的， 在步骤S2中， 还 包括步骤： [0017]当机器人处于设计阶段或其他情况时， 对零件进行运动仿真或采用相似结构的零 件进行实验测量。说　明　书 1/4 页 3 CN 115114823 A 3