农业机械学报

作者：李一耕，周玉林

单位：燕山大学,燕山大学,

关键词：TuoA机器人;边界规范;拓扑近似;轻量化设计

基金：国家自然科学基金项目（52275027）

面向太空太阳能电站在轨制造对桁架单元高效装配的重要需求，针对当前机器人功能集成度低和灵活性不足等问题，本文设计了一种集行走、抓取和操作功能于一体的三支链TuoA机器人，实现了多种运动模式在不同支链中相互切换和灵活高效的在轨装配，并基于D-H方法开展了机器人运动学分析和尺度综合。针对刚度与重量映射模型构建过程中拓扑优化频繁和制造工艺性差导致机器人轻量化设计效率低问题，提出了一种基于边界规范与拓扑近似的轻量化设计方法，使同一部件在相同质量保留比和受力条件下的拓扑结构可以快速一次生成，省去以往拓扑优化中的反复迭代和工艺性后处理，大幅提高机器人设计效率。以TuoA机器人为例开展算例验证，结果表明：该机器人每种连杆仅需3次拓扑优化即可构建出刚度与质量映射模型，拓扑优化得到的结构材料分布更加合理且无毛刺，在满足刚度要求条件下，经全局优化得到的最终解使机器人质量降低17.4%。研究结果不仅为桁架单元在轨装配机器人构型设计提供了重要参考，也为其他类似机器人轻量化设计奠定了坚实的理论基础。

来源：2025年第11期

《农业机械学报》期刊编辑部

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