שימוש ב- non-Lironation רובוט סטרקטיטוריות

הנדסה רובוטית דוחפת כל הזמן את הגבולות של מה מכונות יכולות להשיג בסביבות תובעניות - מקווי ייצור מהירים ועד לתיאטראות כירורגיים וחיפוש עמוק בים. עמידות מבנית של רובוט קובעת את החיים התפעוליים, מרווחי תחזוקה ואמינות כללית.בעוד שיטות ניתוח לינארי מסורתיות שירתו את התעשייה במשך עשרות שנים, הם לעתים קרובות נופלים קצרים כאשר רכיבים עוברים עיוותים גדולים, ייצור פלסטי, או אינטראקציות מורכבות ללא לינאריות מציעות מדויקת יותר, כדי לחזות את הגישה הרובוטית של הפיזיקה הבסיסית, באופן מדויק יותר, וחיזוי מדויק יותר, על בסיס מציאות.

הבנה של Nonlinear Analysis in Robotics

ניתוח לא לינארי טוען כי היחסים בין כוחות מיושמים לבין עקירות הנובעות אינם תמיד פרופורציונליים.במבנה הרובוטי, שלושה לא ליניאריות ראשוניות באים למשחק:

על ידי שילוב של הלא-לינאריות הללו, מהנדסים יכולים לדמות את ההתנהגות האמיתית:0 (אמת התנהגות 1) של רובוט בתנאים קיצוניים או בלתי צפויים, לחזות מצבי כשלון ששיטות ליניאריות יחמיצו.

מגבלות ניתוח קואר עבור מבנים רובוטיים

ניתוח אלמנטים סופי של קואר (FEA) מניח עיוותים קטנים, חומרים גמישים ליניאריים, ותנאים גבוליים בלתי משתנים. עבור יישומים רובוטיים רבים, הנחות אלה אינן בתוקף:

כתוצאה מכך, בהתבסס על ניתוח ליניארי בלבד יכול להוביל ל-FLT:0.10.com שעוצב, רובוטים כבדים של גל 1 שבזבזו אנרגיה, או FLT:2 מבנים מעוצבים מראש של LT:3 אשר נכשלים בטרם עת.

יתרונות מרכזיים של ניתוח לא ליניארי עבור רובוטיות

תחזית מתח

שיטות לא לינאריות לזהות ריכוזי מתח כי מודלים ליניאריים להתעלם, במיוחד באזורים עם מתחים כמו חורים, מפרקים ריתוך, ופינות חדות.זה מונע סדקים בלתי צפויים והפצתם.

מודלים חומריים משופרים

מהנדסים יכולים להגדיר התנהגויות חומריות כגון FLT:0 (פלפלסטיקה) 1 (FLT:2creepFLT 3: 3), ו-FLT:4fatigue DiscioFLT:5 לדוגמה, זרוע אלומיניום רובוט יכול להיכנע במהלך אירוע עומס יתר; לא ליניארית לוכדת את העיוות המשתנים והשפעתו על מחזורים הבאים.

עיצובים קלים

עם מעטפות עומס מציאותי, מעצבים יכולים להפחית את גורמי הבטיחות המוטלים רק על ידי הנחות ליניאריות.זה מוביל לרובוטים קלים יותר, גמישים יותר ללא להתפשר על שלמות מבנית.

בדיקה אחרונה ב-Frandom Test of Extreme Scenarios

סימולציה לא ליניארית מאפשרת למהנדסים לבחון רובוטים מתחת ל-FLT:0impivalph: 1:1, ו-FLT:6 עומס מחזורים:2sudden מפסיק את FLT 3, FLT:4thermal הרחבה FLT:5, ו-FLT:6 עומס מחזורי מחזורים של 6 מעלות פי 7 מהר יותר מאשר פיזור פיזי.

מצב אי-זיהוי

מעבר ללחץ, ניתוח לא לינארי צופה צמיחה של סדקים עייפות, ומגע ללבוש. זיהוי מוקדם מאפשר שינויים עיצוב לפני ייצור המוני.

יישום מעשי של ניתוח לא ליניארי

החלת ניתוח לא לינארי למבנים רובוטיים היא זרימת עבודה שיטתית.כל צעד דורש שיקול דעת הנדסי זהיר כדי להבטיח תוצאות אמינות.

שלב 1: פיתוח מודל

צור גיאומטריה תלת-ממדית מפורטת של רכיב הרובוט. Siלהגדיל תכונות שאינן משפיעות על תגובה מבנית - כגון מילויים קטנים או חורים מעוטים - כדי להפחית את העלות חישובית. assign Fit Materials Models (למשל, bilinear isotropicing עבור פלדה, היפרלסטי עבור חותמות גומי).

שלב 2: בחירת גילוח וחיפוש

השתמש באלמנטים מסדר גבוה יותר (ה hexahedral או tetrahedral) עבור חלקים מ- Bending-dominated. Refine mesh באזורים עם ⁇ s מתח צפויים או אזורי מגע.ניתוחים לא לינארי רגישים לאיכות mesh; לבצע מחקר התכנסות meshnce.

שלב 3: הגנה על עומסים ותנאים קשים

(ה) החלים כוחות ריאליים, מהדורות של [[המאה ה-20]], [[1924]] ו[[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]

שלב 4: בחירת פתרון והגדרות

בחר סוג ניתוח: סטטי (לעומסים איטיים או יציבים), דינמיות בלתי מאולתלתלתלת (לשיעורים בינוניים), או דינמיות מפורשות (להשפעות מהירות גבוהה) התאמת גודל זמן צעד כדי להבטיח התכנסות. השתמש בקרות מתקדמות כמו ייצוב אוטומטי עבור תצורה לא יציבה.

שלב 5: לרוץ עם הסימולציה

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שלב 6: פוסט-Processing and Design Iteration

מתח אנליז, מתח, עקירה, וחיבור מזימות של לחץ על מנת לזהות קריטריונים: מקביל (von Mises) מתח העולה על התשואות, הלחץ העיקרי העולה על כוח רב-קרקעי האולטימטיבי, או לחץ פלסטיק מצטבר מעל גבולות אפשריים.

מחקר: עידוד של חיל האוויר הרובוטי

יצרן של שישה צירים תעשייתיים רובוטים צפו בכישלון עייפות מוקדמת במפרק כף היד של זרוע המטען הכבד שלהם. Linear FEA חזו גורם בטיחות של 2.5, אך יחידות שדה זינקו לאחר 200 אלף מחזורים במהירות גבוהה. מהנדסים ביצעו ניתוח לא ליניארי באמצעות Abaqus, שילוב של אי-ליניאלגיה גיאומטרית עקב כיפוף גדול, חומרות באלומיניום (6061-T6), ללא מגע פנים על פני השטח.

הסימולציה חשפה כי במהלך האצה מהירה, דיור היד חווה את ה-FLT:0localized מניבה של ההרחבה 1 (ראה גרף 1) שהפך להעלאת מתח עבור מחזורים הבאים.הצורה של הנושא השתנתה גם בשל התרחבות תרמית, לחץ מגע גובר מעבר למגבלת הסיבול של החומר.

אתגרים ועיסוקים טובים

למרות היתרונות שלה, ניתוח לא לינארי מציג מכשולים כי מהנדסים חייבים לטפל:

שיטות הטובות ביותר כוללות החל מודלים ליניאריים פשוטים יותר כבסיס, הוספת השפעות לא ליניאריות, ושימוש ב-FLT:0 רגישות מחקרים ,FLT:1 כדי לזהות פרמטרים דומיננטיים.

מגמות עתידיות בניתוח לא ליניארי עבור הרובוטיקה

התחום מתפתח במהירות.כמה מגמות מתעוררות מבטיחות להפוך ניתוח לא לינארי לנגיש יותר ורב עוצמה להערכת עמידות:

שילוב עם Machine Learning

מודלים כירורגיים המוכשרים על נתונים לא ליניאריים FEA יכולים לחזות תגובה מבנית בזמן אמת, המאפשרים לתאומים דיגיטליים של מערכות רובוטיות לפקח על נזקי עייפות במהלך המבצע.

Multi-Physics Simulation

ניתוחים חד-זוגיים המשלבים בין השפעות מבניות, תרמיות ואלקטרומגנטיות הופכים קריטיים כמו רובוטים משלבים חיישנים, אקטוטורים, וטעינה אלחוטית.ניתוח תרמי-מכני, למשל, מנבא כיצד חום ממנועי משפיע על סלק משותף וכוח חומרי.

חומרי ייצור גמישים

מבנים טיטניום או פולימרניים מדגימים התנהגות לא ליניארית מורכבת (למשל, פלסטיות אנזוטרופית, עייפות מ porosity). ניתוח לא לינארי המותאם לחומרים אלה יתאים למסגרות רובוטיות קלות משקל, עמידות.

לקריאה עמוקה יותר על מגמות אלה, ראה סקירה עדכנית ב-FLT:0) יובל הרובוטיקה והייצור המשולב של המחשב.

מסקנה

ניתוח לא לינארי התפתח מכלי מחקר מומחה לשיטת הנדסה מעשית לשיפור עמידות הרובוטית.על ידי לכידת מדויק של עיוותים גדולים, הפלסטיות החומריות והתנהגות מגע, זה מאפשר למהנדסים לעצב רובוטים שהם גם קלים וגם גמישים - מסוגל לעמוד מול הרובוטים של ייצור, חיפוש, ובריאות. כמו משאבים חישוביים להפוך זול יותר וסימולציה של משתמשים ידידותיים יותר, ניתוח לא ליניארי הוא להפוך לנקציה ארוכת טווח של כל שלב של ארגונים רובוטיים מתקדמים של עיצוב.