早稻田大学研究所案例解读：SOLIDWORKS科研版助力仿人机器人多学科协同研发
编者按：本文基于早稻田大学仿人机器人研究所公开案例及 SOLIDWORKS Research 官方资料整理，由微辰三维编译分享，供高校及科研机构用户参考。
挑战：以高效、经济的方式推动仿人机器人研发
早稻田大学是全球仿人机器人研究的先行者，早在 1973 年便开发出全尺寸人形机器人 WABOT-1。2000 年，该校成立仿人机器人研究所（HRI），旨在系统推进人类与机器人在信息社会中的新型关系构建。在 Takanishi Atsuo 教授的带领下，HRI 持续深耕仿人机器人研发，研究方向涵盖可执行日常任务、提供医疗照护及实现日常陪伴的交互式机器人。
这些机器人需要在人类生活环境中协同工作，共享同一空间、拥有相似体验，因此其设计不仅要在外形上接近人类，更需在思维与行为模式上实现类人化。然而，机器人系统极其复杂，涉及传感器信息、语音识别、面部表情与肢体动作的高度集成，对设计平台提出了跨学科、高效率的严苛要求。
早稻田大学副教授 Kenji Hashimoto 指出，研究所早期采用 2D 设计工具进行机器人开发，但从 2001 年起，HRI 意识到必须引入集成式 3D 开发平台，才能实现仿人机器人研发的实质性突破——团队需要一套完整的三维设计与工程工具链，支撑从概念到成品的全流程开发。
解决方案：部署 SOLIDWORKS Research，构建集成化设计平台
在评估多个主流 3D 设计系统后，HRI 最终选择部署 SOLIDWORKS科研版软件作为标准研发平台，并配置 60 套许可证。Hashimoto 副教授解释，SOLIDWORKS科研版之所以胜出，关键在于其界面更加友好易用，且提供了完整集成的设计与仿真工具套件，能够覆盖机械、电气及散热等多学科需求。
通过SOLIDWORKS科研版，研究所获得了统一的三维开发环境，有效解决了复杂机器人系统中多专业协同的难题。团队成员可以在同一平台上并行开展机械结构设计、电气布线布局以及热管理系统优化，研发效率大幅提升。
成果：设计效率提升三至四倍，推出 20 余款机器人
自 2001 年实施SOLIDWORKS科研版以来，HRI 的仿人机器人研发步伐显著加快。借助集成化 3D 平台，研究所已成功开发出超过 20 款不同功能的仿人机器人，涵盖多个具有代表性的系列：
· 早稻田"下肢"系列：用于承载残障人士和老年人的双足移动装置；
· 早稻田"下颌"系列：模拟人类咀嚼机制的机器人，辅助牙科研究；
· 早稻田"横笛演奏者"与"萨克斯管吹奏者"系列：能够演奏乐器的机器人；
· 早稻田"对话"系列：可机械生成日语元音和辅音的交流机器人；
· 早稻田"眼睛"与 KOBIAN 系列：具备情感表达能力的仿人机器人；
· WRBAN-2R：具有七自由度腿部机构的膝关节伸展机器人；
· WRACE-1：具备 28 个自由度的灾难救援机器人；
· WL-16：可承载最高 80 公斤载荷的运输机器人。
设计效率的大幅提升
Hashimoto 副教授强调："借助SOLIDWORKS科研版的一系列集成功能，我们显著提高了机器人开发效率，设计效率提升了三到四倍。"在 2D 环境下，团队只能设计简单的平面结构件；而如今借助 SOLIDWORKS，复杂机器人零件的三维建模与优化均可轻松完成。
轻量化与结构刚度的兼顾
仿人机器人设计的一大核心挑战在于：在减轻零件重量的同时，必须保持足够的结构刚度。HRI 利用 SOLIDWORKS Simulation 有限元分析工具，精确计算机器人零件的重心与力矩，快速完成干涉检查与结构优化；同时，SOLIDWORKS Flow Simulation 被用于制动器、马达、驱动器等热源的冷却系统设计，有效保障了机器人关键部件的热管理性能。
机械、电气、热设计并行协同
SOLIDWORKS科研版的多学科集成特性，使机械设计、电气设计与散热设计能够在同一平台上并行推进，而非传统的串行模式。Hashimoto 指出："为了开发最高级的机器人，我们必须在有限空间内安置电机、减速齿轮、编码器等众多零部件，同时反复进行有限元分析，以减小尺寸和重量、保持高刚度。SOLIDWORKS 在这一设计流程中发挥了不可替代的作用。"
结语
早稻田大学仿人机器人研究所借助SOLIDWORKS科研版，构建了高效、集成、多学科协同的仿人机器人研发体系，在提升设计效率、增强零件复杂度、推动多专业并行设计方面取得了显著成效。该平台不仅加速了 20 余款机器人的开发进程，更为仿人机器人技术的持续突破与人才培养提供了坚实的技术支撑。
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