基于HyperWorks的遥操作主手构件拓扑优化设计.pdf

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1、第28卷第2期2015年3月机电产品开发与刨新Development＆Innovation0fMachin。ry＆ElectricalPmductsVOI．28，NO．2Mar．．2015文章编号：1002—6673(2015)02一007一03基于HyperWorks的遥操作主手构件拓扑优化设计贾财运1，崔龙2，高凤阳1(1．沈阳建筑大学交通与机械工程学院，辽宁沈阳110168；2．中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁沈阳110016)摘要：论文利用变密度法对力反馈型遥操作主手的结构进行拓扑优化设计，旨在满足各种

2、工况及易制造加工的条件下，实现零部件的轻量化。首先分析了零部件在多种工况下的受力情况，再根据分析结果对模型进行了拓扑优化．最后在优化结果的基础上进行了满足加工工艺要求的二次设计。最终得到的零部件结构模型与初始模型对比结果显示：在满足安装、强度、刚度、可加工性等约束条件的情况下，总质量比最初模型减轻了40．89％。关键词：拓扑优化；变密度法；遥操作主手；轻量化；HyperWorb中图分类号：TB47文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002—6673．2015．02．003．nleTopologyop廿IIliz撕o

3、nDesignoftheMainH粕dComponentofTele—operationB嬲edOnHyperWOrl【s肌c击一yunl，c町Lon矿，GADn，妒'，删(1．InstimteofTranspo嗽dona11dMechanicalEngmeeringofShenyangJianzhuUmversi七)r，ShenyangLiaonmg110168，Chjna；2．ThestateKeyLabontoryofRobo石cs，shenyangInstimteofAutomadon，ChineseAcademyofsci

4、ences，ShenyallgLiaoning110016，Chilla)Abst阳ct：B私edonva工iabledensitymethod，thes叽lctureofforcefeedbackcele—operadonmamhandmadetop0109yoptirIlizationdesign，出atdesignedcomeetavarie哼ofworbngcondidonsafldcheeaSymallu矗ccuringcondjdonsc0ac}lievelightweighccomPonents．Firstly，the

5、forceofdlecomponentsisa11alyzedinavarie七yofcondidons．Thenaccord抽gtot11eanalysisresultS，dlemodelmadedletop0109yop血T1iza一石on．And丘nallyonthebasisoftheresultsof七heoptirnizationprocessc埘edouttomeettllerequiremen协oftheseconddesi印．Thecom—p撕sonresllltsofdlestmcturemodelofParts

6、oftheresul血gandmeinidalmodelshowedthat：Inmeedngnlemsta】1ation，s廿en舒h，sti矗hess，workabi】i婶aIldotherconstra曲ts，thetotalmassra石ooftheinjdalmodeltoreduce．Keywrord：top0109yop七irnjzation；variabledens畸me七hod；tdeopera石onmainhand；li曲咐ei曲t；Hyperworks0引言目前，遥操作技术在医疗、军事、工业等各大领域得到广泛应

7、用。对于主从机器人遥操作系统而言，借助力反馈设备辅助操作，可大幅增强临场感，提高操作精度和安全性。遥操作机器人主要应用于人们难以临近的高温、高压、强辐射等恶劣环境，例如核反应堆维护作业，空间、海底的开发，火灾、水灾及地震时抢险作业等。国外对遥操作主手课题的研究相对较早。美国橡树岭和阿尔贡国家实验室早于20世纪40年代后期就已实修稿日期：2015一01—28项目来源：国家科技计划课题一精细遥操作主从机器人与人机交互控制系统(2012GBl02005)作者简介：贾财运(1989一)，男，山东菏泽人，在读硕士研究生。研究方向：机械结构设计

8、及优化。施研制遥控式工业机械手的计划，随后日本、西欧等国家也相继开展类似课题进行研究。而我国于80年代末才开始了遥操作机器人的研究，取得了阶段性的进展，比如华北电力大学在研制核电站检修机器人方面取得一定硕果。遥操作主手既是从端机械手进