北航——基于CAD/CAE的工业机器人设计开发平台

陶永

（北京航空航天大学，北京，100191）

北航
——基于CAD/CAE的工业机器人设计开发平台

陶永

（北京航空航天大学，北京，100191）

北京航空航天大学以高速、高精、重载等高性能工业机器人发展需求为牵引，基于三维CAD建模以及运动学、动力学CAE仿真分析算法等核心工具，搭建CAD/CAE集成的标准体系架构，攻克工业机器人建模和仿真、工业机器人系统轻量化结构拓扑优化、运动学及动力学与精度设计、高性能几何造型内核、模型库与数据库、知识驱动的设计导航等核心技术，构建基于运动学、动力学和有限元仿真的、与CAD/CAE技术相融合的工业机器人设计开发平台。在此基础上，探讨该平台的市场化开发商业模式，形成设计平台开发商、应用程序开发商和用户多方共赢的商业模式，并以高速搬运串联、并联工业机器人和焊接工业机器人的产品研发和物理样机的设计制造为范例，通过该设计开发平台的仿真优化获得高性能虚拟样机，实现此类机器人的应用示范。

具有工作包括：

（1）攻克一系列工业机器人涉及的核心关键技术:工业机器人建模和仿真、轻量化结构拓扑优化、运动学及动力学与精度设计、高性能几何造型内核、模型库与数据库、知识驱动的设计导航等。

（2）构建CAD/CAE技术相融合的工业机器人设计开发平台。通过搭建CAD/CAE集成标准体系架构，制定本项目涉及的关键标准,并在标准的指导下，对工业机器人设计流程及优化技术、工业机器人共性技术领域的建模和仿真、工业机器人轻量化结构拓扑优化设计、工业机器人三维CAD设计关键技术等进行深入研究，攻克工业机器人建模和仿真、工业机器人系统轻量化结构拓扑优化、运动学及动力学与精度设计、高性能几何造型内核、模型库与数据库、知识驱动的设计导航等一系列核心技术。在上述基础之上，构建工业机器人设计开发平台。

（3）在企业示范应用与推广。采用本项目开发的工业机器人设计开发平台和建模与仿真等方法，进行高速轻载搬运并联工业机器人、高速搬运工业机器人和重载高精度焊接工业机器人等典型工业机器人产品的研发和物理样机的设计，实现示范应用与验证。

（4）探索一种市场化开发商业模式。对工业机器人开发设计平台的商业模式进行深入研究，除了本项目组的研发团队之外，为吸引第三方的应用程序开发商进入平台，进而对设计开发平台进行持续的补充、完善、优化，工业机器人设计开发平台将建立一个工业机器人设计开发为主题的虚拟社区，社区鼓励用户在虚拟社区中分享工业机器人设计开发相关的经验和知识，由此形成一个良性循环。

工业机器人设计开发平台以IT新技术作为支撑，借鉴电子商务领域内的创新模式，探索一套工业机器人设计平台开发商、应用程序开发商和用户多方共赢的商业模式，保证设计开发平台的可持续发展。