基于Altair Inspire的机械臂手爪结构轻量化设计及3D打印制造

作     者：杨天玲 朱蔷 刘菲 

作者机构：浙江机电职业技术大学智能制造学院 

出 版 物：《机电工程》 (Journal of Mechanical & Electrical Engineering)

年 卷 期：2025年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：中国高校产学研创新基金项目(2023DT005) 2024年度科教融合孵化课题(A-0271-24-207) 2024年校级教改课题(A-0152-00-001-0101) 

主　　题：轻量化设计 拓扑优化 几何重构 强度校核 光固化3D打印制造 

摘      要：现代工业的高速发展，使得机械零部件的轻量化设计成为一个重要的研究课题。针对机械臂手爪结构的轻量化设计问题，提出了一种采用软件Altair Inspire的轻量化设计方法，并进行了机械臂手爪结构的拓扑优化、几何重构、强度校核研究。首先，以机械臂手爪结构为例，设置了原始模型材料和边界条件，进行了初始强度分析；然后，进行了拓扑优化、几何重构，使其保持强度的同时重量大大减轻，对优化后的结构进行了校核，验证了其强度和稳定性；最后，采用3D打印的方式验证了轻量化优化后零件制造的可行性。研究结果表明：机械臂手爪零件重量降低了83.4%，结构强度和稳定性满足要求；减轻手爪零件的重量可以降低其制造成本，对机械臂的负载能力和运动速度产生了有利影响，提高其适用范围和灵活性。这一方法为机械系统的设计和制造提供了新的思路和解决方案，为复杂结构部件降低成本提供一种有效的轻量化优化设计工程实践方法，具有一定的实际应用价值。