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申请/专利权人：北京炎凌嘉业机电设备有限公司;北京炎凌半步机器人科技有限公司

摘要：本发明公开了一种基于拓扑优化技术的仿生腿足及躯干结构设计方法。本发明中构建了腿部结构资源库系统和躯干结构资源库系统，对比总体设计需求和结构资源库系统中的功能介绍信息，能快速地选取合适模块而形成腿和腿干的结构构型初步设计方案。再利用建模工具建立机器人整体动力分析模型，针对模型进行动力学分析和结构精细化分析以获取腿和躯干的应力和应变。基于多目标的渐进结构拓扑优化方法，逐步得到优化后的腿结构和躯干结构。优化后的腿足结构和躯干结构的应力和应变能满足机器人的使用需求，同时腿足承载比和躯干承载比均有了大幅度提高、重量有了大幅度减轻，大大提高了四足机器人的承载能力、减轻了四足机器人的重量。

主权项：1.基于拓扑优化技术的仿生腿足及躯干结构设计方法，其特征在于：包括以下步骤，第一步，提出腿和躯干的结构构型初步设计方案；第二步，针对提出的腿和躯干的结构构型初步设计方案建立机器人整体动力分析模型，针对建立的整体动力分析模型进行动力学分析、腿结构精细化分析和躯干结构精细化分析；第三步，通过多目标的渐进结构拓扑优化方法，对腿结构和躯干结构进行优化设计，得到优化后的腿结构和躯干结构；第四步，针对优化后的腿结构和躯干结构进行验证，验证结果满足设计需求则进入下一步，验证结果不能满足设计需求则调整第三步的参数并重新进行多目标的渐进结构拓扑优化；第五步，将第三步中优化后的结构作为最终结果并进行输出，其中在所述第一步中，将腿部结构和躯干结构进行模块划分并形成腿部结构资源库系统和躯干结构资源库系统，所述腿部结构资源库系统和躯干结构资源库系统中存储有与相应模块一一对应的功能介绍信息，比对总体设计需求与所述功能介绍信息，选取合适的模块并基于此提出所述腿和躯干的结构构型初步设计方案，在所述第二步中，对模型进行整体动力学分析时，分别为模型施加三种初始条件，三种初始条件分别对应模型在刚性路面移动时的受力情况、在软土路面行走时的受力情况和遇外界扰动时的受力情况；针对所述初始条件，分别进行腿结构精细化分析和躯干结构精细化分析，得到不同初始条件下腿结构和躯干结构的应力和应变情况，在所述第三步中，优化目标包括承载比最大、应力和应变能满足第二步的求解结果、重量最轻，在承载比最大与重量最轻相冲突的情况下，对承载比和重量加权求和后的最大值所对应的结构作为最终结果进行输出，以及所述第四步中的验证步骤包括，针对优化后的腿结构和躯干结构重新生成优化后的机器人整体动力学模型，针对优化后的模型计算腿的承载比和重量、躯干的承载比和重量，并在第二步所述三种初始条件下分别进行动力学分析、腿结构精细化分析、躯干结构精细化分析，以求取不同初始条件下腿结构和躯干结构的应力和应变情况，腿和躯干的承载比、重量、应力和应变均能满足设计需求则进入第五步。

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