【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人设计，具体而言，涉及一种机器人的腿部结构优化方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
1、人形机器人主要包括腿部、躯干、手臂和头部，关节自由度多，整机重量对关节电机影响较大，尤其对于腿部电机。过重的整机重量不仅影响电机选型，增加成本，还会造成严重的电机发热问题，影响机器人的正常运行。因此，结构轻量化是人形机器人设计过程中关键技术之一。
2、结构轻量化设计本质是重量和刚度两个指标的平衡。一般来说，重量越轻，刚度越弱，结构越容易发生破坏。轻量化设计就是要在满足刚度条件下，对结构的重量进行优化。
3、拓扑优化是轻量化设计常用的技术手段。拓扑优化主要包括两个方面：结构拓扑和强度校核。结构拓扑，即在初始结构的基础上，定义材料属性，划分有限元网格，施加边界约束和载荷条件，确定结构优化区域，在指定质量减小指标下优化出刚度最大的结构方案。完成拓扑后，对拓扑结构进行模型重构，再施加对应的载荷进行仿真计算，评估强度是否满足要求。
4、相关技术中，尚不存在对机器人腿部结构进行拓扑优化的技术方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种机器人的腿部结构优化方法、装置、设备及存储介质，以便对机器人腿部结构中的目标结构件进行拓扑优化，使得拓扑优化的机器人在满足刚度条件下，重量得到优化。
2、为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
3、第一方面，本申请实施例提供了一种机器人的腿部结构优化方
4、在一种实施方式中，所述根据所述初始三维模型和预设接触面三维模型，建立所述腿部结构的第一跌落仿真模型，包括：对所述初始三维模型中关键结构件之外的其他结构件进行简化处理，并将所述其他结构件的质量添加至所述其他结构件所在的对应关键结构件上，得到所述腿部结构的刚体简化模型；将所述刚体简化模型的末端组件与所述预设接触面三维模型的接触面进行关联，得到所述第一跌落仿真模型。
5、在一种实施方式中，所述采用多体动力学分析配置后的所述第一跌落仿真模型，对所述腿部结构进行多体动力学分析，得到目标结构件在跌落过程中的极限载荷信息，包括：采用多体动力学分析配置后的所述第一跌落仿真模型，对所述腿部结构进行多体动力学分析，得到跌落过程中所述目标结构件的载荷变化信息；根据所述载荷变化信息，确定所述极限载荷信息。
6、在一种实施方式中，所述为所述第一跌落仿真模型进行多体动力学分析配置，包括：为所述第一跌落仿真模型设置所述腿部结构中各关键结构件的材料密度信息；根据所述第一跌落仿真模型，建立所述腿部结构中的多个连接副，每个连接副包括相互连接的两个关键结构件；根据所述第一跌落仿真模型，建立所述腿部结构中动力转动副对应位置的扭簧并设置所述扭簧的扭簧配置参数；根据所述第一跌落仿真模型，建立所述腿部结构中末端组件和所述预设接触面三维模型的第一接触配置参数；根据所述第一跌落仿真模型，建立所述目标结构件的载荷测量事项，以在所述多体动力学分析中计算所述目标结构件的载荷变化信息。
7、在一种实施方式中，所述对所述初始三维模型中所述目标结构件的初始结构模型进行拓扑优化，得到所述目标结构件的拓扑重构模型，包括：根据所述目标结构件的初始结构模型，建立所述目标结构件的拓扑仿真模型；根据所述极限载荷信息，对所述拓扑仿真模型进行拓扑分析配置；采用拓扑分析配置后的所述目标结构件的拓扑仿真模型，对所述目标结构件的初始结构模型进行拓扑优化，得到所述目标结构件的拓扑重构模型。
8、在一种实施方式中，所述根据所述极限载荷信息，对所述拓扑仿真模型进行拓扑分析配置，包括：为所述拓扑仿真模型配置所述目标结构件的材料以及材料属性参数；建立所述目标结构件中的端部参考点和所述端部参考点的周围区域的耦合约束；建立所述目标结构件中的末端参考点的位移约束，并设置首端参考点的载荷输入信息为所述极限载荷信息；建立所述拓扑仿真模型中的拓扑优化任务，并设置所述拓扑优化任务的目标应变函数、体积约束函数以及结构约束条件。
9、在一种实施方式中，所述方法还包括：根据所述初始三维模型和所述预设接触面三维模型，建立所述腿部结构的第二跌落仿真模型，并为所述第二跌落仿真模型进行瞬态动力学分析配置；将所述拓扑重构模型导入所述第二跌落仿真模型，以对所述第二跌落仿真模型中所述目标结构件的结构三维模型进行更新；采用导入所述拓扑重构模型后的所述第二跌落仿真模型，对所述腿部结构进行强度校核，得到所述腿部结构的拓扑优化后的强度校核结果。
10、在一种实施方式中，在所述根据所述初始三维模型和所述预设接触面三维模型，建立所述腿部结构的第二跌落仿真模型之前，所述方法还包括：采用导入所述拓扑重构模型前的所述第二跌落仿真模型，对所述腿部结构进行强度校核，得到所述腿部结构的拓扑优化前的强度校核结果。
11、在一种实施方式中，所述根据所述初始三维模型和所述预设接触面三维模型，建立所述腿部结构的第二跌落仿真模型，包括：将所述初始三维模型中关键结构件之外的其他结构件替换为相应质量点，得到所述腿部结构的柔性简化模型；将所述柔性简化模型的末端组件与所述预设接触面三维模型的接触面进行关联，得到所述第二跌落仿真模型。
12、在一种实施方式中，所述为所述第二跌落仿真模型进行瞬态动力学分析配置，包括：为所述第二跌落仿真模型中各关键结构件设置材料以及材料属性参数；根据所述第二跌落仿真模型，建立所述腿部结构中末端组件和所述预设接触面三维模型的第二接触配置参数；根据所述第二跌落仿真模型，为所述第二跌落仿真模型中的各质量点设置相应结构件的质量参数，并建立所述各质量点和对应其他结构件的连接耦合、固定结构件之间的绑定关系；根据所述第二跌落仿真模型，建立所述第二跌落仿真模型中的多个运动副，每个运动副包括相互运动关联的两个关键结构件；设置所述第二跌落仿真模型中的运动边界约束条件以及载荷设置参数。
13、第二方面，本申请实施例还提供了一种机器人的腿部结构优化装置，包括：获取模块，被配置为获取机器人的腿部结构的初始三维模型；配置模块，被配置为根据所述初始三维模型和预设接触面三维模型，建立所述腿部结构的第一跌落仿真模型，并为所述第一跌落仿真模型进行多体动力学分析配置；处理模块，被配置为采用多体动力学分析配置后的所述第一跌落仿真模型，对所述腿部结构进行多体动力学分析，得到目标结构件在跌落过程中的极限载荷信息；优化模块，被配置为根据所述极限载荷信息，对所述初始三维模型中所述目标结构件的初始结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机器人的腿部结构优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始三维模型和预设接触面三维模型，建立所述腿部结构的第一跌落仿真模型，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为所述第一跌落仿真模型进行多体动力学分析配置，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用多体动力学分析配置后的所述第一跌落仿真模型，对所述腿部结构进行多体动力学分析，得到目标结构件在跌落过程中的极限载荷信息，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述初始三维模型中所述目标结构件的初始结构模型进行拓扑优化，得到所述目标结构件的拓扑重构模型，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述极限载荷信息，对所述拓扑仿真模型进行拓扑分析配置，包括：
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述根据所述初始三维模型和所述预设接触面三维模型，建立所述腿部结构的第
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始三维模型和所述预设接触面三维模型，建立所述腿部结构的第二跌落仿真模型，包括：
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述为所述第二跌落仿真模型进行瞬态动力学分析配置，包括：
11.一种机器人的腿部结构优化装置，其特征在于，包括：
12.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的程序指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述程序指令，以执行如权利要求1至10任一所述的机器人的腿部结构优化方法的步骤。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至10任一所述的机器人的腿部结构优化方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种机器人的腿部结构优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始三维模型和预设接触面三维模型，建立所述腿部结构的第一跌落仿真模型，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为所述第一跌落仿真模型进行多体动力学分析配置，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用多体动力学分析配置后的所述第一跌落仿真模型，对所述腿部结构进行多体动力学分析，得到目标结构件在跌落过程中的极限载荷信息，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述初始三维模型中所述目标结构件的初始结构模型进行拓扑优化，得到所述目标结构件的拓扑重构模型，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述极限载荷信息，对所述拓扑仿真模型进行拓扑分析配置，包括：
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴二兵，刘益彰，
申请(专利权)人：北京人形机器人创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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