在工业机器人、人形机器人快速量产落地的当下,结构强度不足、整机振动噪声大、自重偏高、碰撞跌落安全性差、疲劳寿命短等痛点,持续制约产品性能与量产成本。德颐姆打造覆盖设计、多学科、优化、试验闭环的机器人结构仿真解决方案,从概念设计到成品验证全链路降本增效、提质减重。
一、四大一体化闭环体系,打通仿真全流程壁垒
1. 设计仿真一体化,实现设计修改实时联动校验
CAD 几何模型与 CAE 仿真环境无缝集成于同一平台,机械臂、底座、关节零部件完成设计改型后,仿真模型自动同步更新,省去模型转换、重复修复的繁琐步骤。快速完成多版设计方案强度校核,大幅缩短设计 - 验证迭代周期,从源头规避结构设计缺陷。
2. 多学科集成一体化,多物理场耦合精准仿真
单一结构分析早已无法满足高端机器人研发需求。平台统一耦合多体动力学、结构静强度、模态振动、噪声、疲劳、热、电磁等多学科仿真能力,所有专业模型同源共享、数据互通。
一台伺服电机驱动的机械臂,可同步测算:臂架承重应力、运转共振频率、电机发热带来的热变形、电磁损耗对结构形变影响、长期往复作业疲劳损伤,一次性排查跨物理场干涉问题。
3. 全维度优化设计,轻量化与性能双向提升
针对人形机器人、协作机器人严苛减重需求,借助 OptiStruct 全套优化工具链,覆盖概念到详细设计全阶段优化手段:
· 拓扑优化(Topology):重塑零部件内部传力结构,案例中人形机器人零件最大减重 64%;
· 尺寸 / 形状 / 自由形态优化:微调局部壁厚、曲面轮廓,工业机械臂爪整体减重 30%;
· 加强筋、复合材料铺层优化:在减重前提下,守住刚度、强度指标底线。
· 真正做到轻量化不降性能,降低整机能耗、提升负载自重比。
4. 试验仿真一体化,虚实双向校准提精度
构建 “仿真指导试验、试验反哺修正仿真” 的双向闭环:先用仿真预判危险工况、规划试验测点;再将台架实测数据导入平台,校准仿真模型材料参数、边界条件,消除仿真与实物的误差鸿沟。混合仿真模式大幅减少样机试制次数,降低昂贵试验投入。
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二、Simcenter 多求解器矩阵,覆盖全部机器人结构工况
1. Simcenter Nastran:通用基础结构求解核心
线性 / 非线性静力学、屈曲、动力学、声学、气弹分析全能覆盖,是机械臂底座、连杆、减速器支架等常规零部件强度、模态分析的主力工具,稳定输出标准化结构校核报告。
2. Simcenter OptiStruct:行业标杆结构优化求解器
· 轻量化、多工况优化专属内核,同时兼容线性、非线性、振动、热多物理场约束,支持显式动态分析,是实现机器人极致减重、性能均衡的核心利器。
· 从概念设计到详细设计:
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3. Simcenter SimSolid:无网格极速仿真工具
无需传统网格划分,直接基于原始 CAD 几何运算,简单零部件、快速方案对比场景仿真速度提升数倍,设计师可自主上手快速自检,降低仿真门槛。
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4. Simcenter Durability:疲劳寿命专业求解
支持 SN/EN 标准疲劳、振动疲劳、热机疲劳分析,精准测算机械臂千万次往复抓取、长时间高速运转后的寿命损耗,提前预判断裂失效风险,延长整机服役周期。
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5. Simcenter Radioss:瞬态大变形非线性安全求解
专攻机器人跌落、碰撞、冲击等高危险瞬态工况,具备强大大变形、材料失效、气囊仿真能力。人形机器人摔倒、移动机器人撞击防护、搬运碰撞场景均可精准模拟,保障人机安全设计合规。
6. Simcenter Vibration&Acoustics(NVH):振动噪声专项解决方案
依托源 - 传递路径 - 接收端完整分析链路,定位电机、齿轮、轮轨激励等噪声振动源头,快速识别噪声敏感传递路径,替代传统试错调试模式,高效降低机器人运行异响、抖动问题,提升整机运行平顺度与用户体验。
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三、机器人结构优化案例
· 结构优化流程
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· 人形机器人零部件分析及优化:
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· 工业机器人机械臂爪优化:减重30%
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四、落地这套仿真方案,为机器人企业带来实打实核心价值
1. 大幅削减样机成本
多轮虚拟仿真迭代替代多版物理样机试制,原材料、加工、样机测试费用显著下降,尤其人形机器人等高试制成本机型,降本效果尤为突出。
2. 缩短新品上市周期
设计、仿真、优化、试验并行协同,迭代周期压缩 30%-60%,抢先抢占协作、人形、工业机器人市场窗口期。
3. 产品性能全面升级
在减重、刚度、强度、寿命、NVH、安全六大维度实现均衡最优,提升负载、续航、稳定性、使用寿命等核心产品竞争力。
4. 降低售后与合规风险
提前排查断裂、共振、碰撞伤人、疲劳失效等隐患,满足行业安全检测标准,减少批量出货后的售后返修、召回损失。
5. 构建企业自研仿真能力护城河
完整统一的西门子仿真平台,模型、数据、经验可沉淀复用,摆脱依赖外部仿真服务商的被动局面,形成企业内部标准化研发流程。
结语
从工业六轴机器人、协作机械臂到人形服务机器人,结构性能永远是产品根基。 德颐姆机器人结构仿真方案,用成熟工业级软件、全工况求解能力、闭环研发体系,帮机器人企业解决从设计到量产的全部结构仿真难题。
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