Abstract In this work, topology optimization of robotic rigid-links is analyzed considering dynamic loading conditions. Usually, in such a scenario, the topologies are generated considering worst-case or static conditions. However, this generated topology will not be the optimum for other angular positions (dynamic-condition), as it is dependent on load-direction rather than load-magnitude. Here, a method is proposed similar to an equivalent static load technique to synthesize a single topology, which performs better in all angular positions. The method consists of superimposition of individual optimal topologies corresponding to different angular positions, followed by normalization and re-penalization to attain the desired volume fraction. Further, morphological variations are performed using image processing techniques to reduce the stress value and geometric complexities. The synthesized topology by this method shows 10–25% reduction in deflection and stress value compared to any of the optimal topologies. The proposed methodology is illustrated on the two rigid-links of an indigenously developed 3-degree-of-freedom industrial manipulator test rig. It uses three AC-servo motors, controlled using Motion perfect-software with programmable logic controller and human-machine interface. The simulated results are validated using the experimentations. A reduction of 30% link-volume minimizes joint torques by 24.9%, with better values of deflection and stress.

中文翻译：

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考虑动态载荷条件的工业机械手刚性连杆拓扑优化

摘要 在这项工作中，考虑动态加载条件分析了机器人刚性连杆的拓扑优化。通常，在这种情况下，会考虑最坏情况或静态条件来生成拓扑。然而，这种生成的拓扑对于其他角度位置（动态条件）不是最佳的，因为它取决于负载方向而不是负载大小。在这里，提出了一种类似于等效静载荷技术的方法来合成单个拓扑，该拓扑在所有角度位置都表现更好。该方法包括叠加对应于不同角位置的各个最佳拓扑，然后进行归一化和重新惩罚以获得所需的体积分数。更多，使用图像处理技术进行形态变化以减少应力值和几何复杂性。与任何最佳拓扑相比，通过这种方法合成的拓扑显示挠度和应力值降低了 10-25%。所提出的方法在本地开发的 3 自由度工业机械手测试台的两个刚性连杆上进行了说明。它使用三个交流伺服电机，使用带有可编程逻辑控制器和人机界面的Motion Perfect软件进行控制。使用实验验证模拟结果。减少 30% 的连杆体积可使关节扭矩降低 24.9%，并具有更好的偏转和应力值。与任何最佳拓扑相比，通过这种方法合成的拓扑显示挠度和应力值降低了 10-25%。所提出的方法在本地开发的 3 自由度工业机械手测试台的两个刚性连杆上进行了说明。它使用三个交流伺服电机，使用带有可编程逻辑控制器和人机界面的Motion Perfect软件进行控制。使用实验验证模拟结果。减少 30% 的连杆体积可使关节扭矩降低 24.9%，并具有更好的偏转和应力值。与任何最佳拓扑相比，通过这种方法合成的拓扑显示挠度和应力值降低了 10-25%。所提出的方法在本地开发的 3 自由度工业机械手测试台的两个刚性连杆上进行了说明。它使用三个交流伺服电机，使用带有可编程逻辑控制器和人机界面的Motion Perfect软件进行控制。使用实验验证模拟结果。减少 30% 的连杆体积可使关节扭矩降低 24.9%，并具有更好的偏转和应力值。使用带有可编程逻辑控制器和人机界面的Motion Perfect软件进行控制。使用实验验证模拟结果。减少 30% 的连杆体积可使关节扭矩降低 24.9%，并具有更好的偏转和应力值。使用带有可编程逻辑控制器和人机界面的Motion Perfect软件进行控制。使用实验验证模拟结果。减少 30% 的连杆体积可使关节扭矩降低 24.9%，并具有更好的偏转和应力值。