多物理场仿真 | Universal Robots开发协作式机械臂助力未来工业设备

模型优化与生产力提升：Universal Robots的协作式机器人创新与Ansys仿真技术的应用

在快速演进的工业自动化领域，协作式机器人——一种能与人类共工作业的轻便型机械臂——正在逐步改变行业格局。universal robots（UR）作为这一领域的领军企业，一直在探索更轻、更紧凑、性能更强的新一代协作式机器人设计。凭借着与Ansys深度合作，UR成功实现了这款最新产品——UR20，它具有1750毫米的作业半径和20千克的有效负载能力，较前一代产品在设计上有了显著的优化。通过综合采用Ansys Mechanical、Motion和nCode DesignLife工具，UR不仅在成本、实物测试需求以及整体生产力上实现了大幅度提升，还使UR20成为了符合“新一代”机器人定义的创新产品。

紧凑设计与性能优化

UR20的设计集简约与高效于一身，其工作半径的扩展和20千克的有效载荷，为工业作业提供了更加广泛的适用场景和应用潜力。尤其在码垛、焊接、物料搬运、机器装载和机器维护等任务中，这种性能的提升意义重大。此外，关节部件的减量和设计优化，不仅减轻了机器人的重量，还提高了可靠性，减少了对持续维护的需求，进而降低了停工时间。




软硬件结合的多物理场仿真

在UR20的设计过程中，UR研发团队集成Ansys的工具实现了一系列复杂的物理场仿真工作。通过Ansys Mechanical进行的有限元分析、Ansys Motion的多体动力学分析、以及Ansys nCode对耐久性和疲劳寿命的预测分析，他们不仅优化了UR20的结构与动力学性能，还通过仿真结果评估了重复性负载造成的疲劳损坏。这一系统化的多物理场优化方法不仅使得UR20拥有更优的刚度和更长的使用寿命，还有效减少了实物测试的需求，从而加速了产品开发周期并降低了成本。

多物理域挑战的解决之道

协作式机器人作为复杂而彼此高度耦合的多物理场系统，使用单一物理场的仿真可能无法实现全面的系统级预测。通过采用Ansys多物理场仿真，UR能够更早地进行全面的系统级评估，减少对实物测试的依赖，不仅节省了成本，还加快了设计迭代速度。这种集成方法确保了UR20在重量、刚度与性能之间的最优平衡，同时确保了所有结构要求的满足，无需在物理原型阶段进行大量迭代。

可持续影响与未来展望

UR通过仿真技术的应用，不仅实现了UR20工业协作式机器人的轻量化设计与性能优化，同时此项目也为客户带来了环境效益。协作式机器人有助于成本降低、能源节约并最大化减少浪费，对于绿色制造和碳排放减少具有重要意义。未来，UR团队不仅继续深化与Ansys的合作，还将探索如Ansys optiSLang、Ansys HPC解决方案和Ansys Twin Builder等更先进的工具和技术，以进一步提升产品设计过程中的可持续性与智能制造水平。

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