人形机器人作为人工智能、高端制造和新材料等前沿技术深度融合的结晶，正成为连接未来与现实的关键桥梁。该领域对结构重量、力学性能与运动灵活性有着严苛要求。在满足功能、强度及动态性能的前提下，实现轻量化、高刚度和高效率，是人形机器人结构优化的核心课题。
西门子 Simcenter 为人形机器人提供了一套从仿生概念生成到可靠量产设计的完整数字化结构优化解决方案。其核心价值在于将先进的仿真、优化技术与工程实践深度集成，加速高性能机器人的研发进程。
概念设计优化阶段
基于初始设计空间和动态载荷，进行拓扑优化以获得最佳传力路径。
01 拓扑优化
核心工具：Simcenter OptiStruct 和 Simcenter Inspire
在设计包络空间内，根据受力路径寻找最佳材料分布，生成创新的仿生或有机形态结构，实现极致轻量化。该技术适用于骨骼、关节、基座等核心承力部件。
人形机器人零部件优化
02 形貌优化
核心工具：Simcenter OptiStruct
在薄壁结构上自动寻找最佳加强筋布局，提高局部刚度和固有频率，避免手动试错。该技术适用于机器人壳体、面板等，能在最小增重前提下显著提升结构刚度与抗振性。
03 自由尺寸优化
核心工具：Simcenter OptiStruct
在外壳、骨架或承重结构中规模化应用碳纤维复合材料，可显著提升运动灵活性与耐久性，适应复杂地形行走及肢体协同作业等多样化场景。Simcenter OptiStruct 支持从最初的铺层形状和厚度分布，到详细的角度层数优化，再到最终铺层层叠次序的全阶段优化设计，同时综合考量各铺层的应力、应变、失效及屈曲等性能约束。
详细设计优化阶段
对概念进行光顺和参数化处理，通过形状与尺寸优化进一步减重，并确保满足应力和频率约束。
01 尺寸与形状优化
核心工具：Simcenter OptiStruct
在确定拓扑结构后，对壁厚、梁截面、孔尺寸及曲面形状等参数进行自动优化，以精确满足性能目标。这是对联杆、支架等部件进行精细化减重和应力均匀化的必要步骤。
02 多学科设计优化
核心工具：Simcenter HEEDS
集成结构、动力学、热甚至电磁等多学科仿真，自动探索全局设计空间以寻找系统级最优解。该技术有效解决了人形机器人中结构与控制耦合、轻量化与散热平衡等复杂系统权衡问题。
总结与展望
Simcenter 在人形机器人优化中的核心优势在于其一体化、流程化及自动化的闭环流程。在 Simcenter 的赋能下，人形机器人有望实现“更轻重量、更高性能、更低成本”的突破，为其从实验室走向工业、家庭等实际应用场景奠定坚实基础。
