基于变密度法的建筑机器人腿部结构拓扑优化
机器人学
2025-07-23 v1
摘要
在复杂地形建筑环境中，对机器人实现高承载能力和运动灵活性的要求极高。作为关键承载部件，机器人腿部结构的优化尤为重要。因此，本研究聚焦于建筑机器人腿部结构的优化，提出了一种基于 SIMP（带惩罚的各向同性固体微结构）变密度法的拓扑优化策略以及结构重设计方法。通过使用 ANSYS 的有限元分析对设计性能进行了综合验证。首先，进行静力学和模态分析以评估初始设计的合理性。然后，将基于 SIMP 的变密度法拓扑优化应用于占腿部重量最大比例的股骨段。基于迭代计算，对股骨进行二次结构重建。优化后，股骨质量减少了 19.45%，整腿质量减少了 7.92%，实现了轻量化设计目标。最后，对重建后的腿部进行静力学和模态分析。结果表明，优化后的腿部仍满足结构性能要求，验证了轻量化设计的可行性。本研究为建筑机器人的轻量化设计提供了坚实的理论和技术支持，并为其在复杂建筑环境中的高效运行奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2507.16335,
title = {Topology Optimization of Leg Structures for Construction Robots Based on Variable Density Method},
author = {Xiao Liu and Xianlong Yang and Weijun Wang and Wei Feng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.16335},
year = {2025}
}