焊接机器人大臂结构拓扑优化方法 1 拓扑优化的概念 拓扑优化是在大量均质理论和数值优化的基础上发展而来，按照某种优化原则将设计区域中某些区域删除，使用保留下来的部分来表达结构的最优拓扑。主要用于结构的概念设计阶段，己经成为一种十分流行的设计方法。拓扑优化包括离散的网格体结构优化和连续体的结构优化，焊接机器人大臂结构的拓扑优化属于连续体的结构优化。连续体的结构优化包括变厚度法、变密度法以及均匀化法，其中均匀化法应用最为广泛。 均匀化法是将设计区域离散为带有孔洞的微结构，在优化过程中以带孔微结构的几何参数作为设计变量，用微结构的变化来实现材料的增减。带孔微结构如图5.7所示，设计区域质量G可表示为: 2 焊接机器人大臂拓扑优化的主要步骤 与有限元分析的前处理、求解、后处理三步骤不同，拓扑优化设计增加了重新建立模型的步骤。拓扑优化设计一般分为四个步骤:前处理、拓扑优化设计、后处理、输出优化结果并重新建模。其中输出优化结果并重新建模是因为经过拓扑优化之后的结构虽然有着较合理的材料分布，但往往存在很多不合理的地方。其次，计算机也无法自动输出设计者想要的合理模型。因此需要重新建模以建立合格的结构模型。 经过以上步骤得到合理模型之后，对其进行有限元分析，对比优化前后模型对优化结果进行评估。 本文主要采用ANSYS Workbench软件作为优化工具，对焊接机器人大臂进行拓扑优化。 如图5.8所示为焊接机器人大臂的原始坯料，材料为ZL 104，质量为32.028Kg。焊接机器人大臂与RV减速器连接面为非设计区域，其余部分为设计区域。选取大臂受力最大姿态下工况作为边界条件，其中C标签表示大臂末端与RV减速器的固定，B, D标签表示大臂前端所受力与力矩大小。

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