یکی از مهم‌ترین چالش‌های مهندسی مکانیک، طراحی قطعات با استحکام بالا و وزن کم است. در این پروژه‌ی، با استفاده از ماژول Topology Optimization در نرم‌افزار ANSYS به سبک‌سازی یک بازوی رباتیکی پرداخته شده است. هدف این پروژه کاهش وزن بازو بود، در حالی که استحکام و عملکرد آن در برابر نیروهای وارده حفظ شود.
هدف پروژه
هدف اصلی این پروژه، بهینه‌سازی ساختار بازوی رباتیکی بود به گونه‌ای که وزن آن کاهش یابد، بدون اینکه تأثیری منفی بر استحکام و عملکرد آن بگذارد. در بسیاری از سیستم‌های رباتیکی، وزن کم از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است؛ زیرا بازوهای سنگین می‌توانند منجر به کاهش دقت، کاهش سرعت حرکت، و افزایش مصرف انرژی شوند. به همین دلیل، بهینه‌سازی توپولوژی به عنوان یک ابزار قدرتمند برای طراحی اجزای بهینه در این پروژه استفاده شد.
فرآیند و چالش‌ها
- مدل‌سازی اولیه و بارگذاری‌ها: اولین مرحله مدل‌سازی دقیق هندسه بازوی رباتیکی و اعمال شرایط مرزی و بارگذاری‌ها بود. این بارگذاری‌ها شامل نیروهایی بودند که در هنگام عملکرد واقعی به بازو وارد می‌شوند. به دلیل پیچیدگی ساختار ربات، این مرحله نیاز به دقت بالایی داشت.
- استفاده از Topology Optimization: پس از ایجاد مدل اولیه، از ماژول Topology Optimization استفاده شد تا بهترین ساختار ممکن برای بازو پیدا شود. این فرآیند به نرم‌افزار اجازه می‌دهد که توزیع ماده در ساختار را به گونه‌ای بهینه کند که استحکام در نواحی حیاتی حفظ شده و در عین حال از اضافه‌وزن جلوگیری شود.
- چالش‌های فنی و محاسباتی: فرآیند بهینه‌سازی توپولوژی به دلیل نیاز به پردازش‌های پیچیده و محاسبات سنگین، زمان‌بر بود. علاوه بر این، ایجاد یک توازن مناسب بین کاهش وزن و حفظ استحکام در برابر بارهای مختلف، به‌ویژه در نقاط حساس بازو، چالش‌هایی را به همراه داشت.
نتایج و دستاوردها
پس از انجام بهینه‌سازی، طراحی نهایی بازو به طور قابل توجهی سبک‌تر از مدل اولیه شد، در حالی که استحکام و عملکرد آن در برابر نیروهای وارده حفظ شد. با استفاده از نتایج بهینه‌سازی، توانستیم ساختارهای زائد را حذف کنم و به طراحی‌ای دست پیدا کنم که بازو را سبک‌تر، کارآمدتر و مقرون به‌صرفه‌تر کند.
کاربردها و نتایج نهایی
این نوع بهینه‌سازی‌ها می‌توانند در طراحی سایر اجزای رباتیک و سازه‌هایی که نیاز به کاهش وزن دارند، کاربردهای وسیعی داشته باشند. بهینه‌سازی توپولوژی نه تنها در صنایع رباتیک، بلکه در صنایع هوافضا، خودرو، و ساخت تجهیزات پزشکی نیز نقش حیاتی در افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها ایفا می‌کند.
