Malzeme aisotropy, betonarme ve yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan bir robotun dinamik özelliklerini göz önünde bulundurmak için mekanik özelliklere olan yön veren bir malzemeyi dikkatlice değerlendirmelidir.

Material Anisotropy

Anisotropy tek bir mülk değil, bir yönsel davranışın spektrumu. malzemenin simetrisine dayanan üç türe en yaygın olarak kategorize edilir:

  • [FONT:0)Orthotropic:[Dönetici:[Dönetici: 0,4] Üç adet karşılıklı konfeziğe ait simetri uçakları, her eksen boyunca eşsiz özellikler içerir. Örnekler ahşap, karbon-fiber haçlı laminatlar ve birçok mühendis kompozitler içerir.
  • [FONT:0)Transversely isotropic: Bir uçak izotropy (malzeme özellikleri o uçaktaki tüm yönlerde aynıdır) ve Uniyway fiber kompozitler ve eksperatif polimerler genellikle bu davranışı sergilemektedir.
  • [FONT:0) Tamy anisotropic (köprü): Hiçbir simetri uçağı yok; tüm 21 bağımsız elastik sabitler, sertlik matrisini tanımlamak için gereklidir.Bu malzemeler robotikte nadir, ancak gelişmiş akıllı malzemeler veya karmaşık multi-kater kompozitler görünür.

Çoğunmuş robot uygulamaları, ortootropik veya transversely izotropic modeller, özellikle modern kompozit laminatlar kullanarak, analiz için hesaplanan küçük sapmaları ortaya çıkarabilir. Örneğin, 3D baskılı sürekli karbon-fiber parçasındaki liflerin yönelimi baskı yolu kısıtlamaları nedeniyle asla mükemmel bir şekilde hizalanamaz, etkili bir güce sahip olan bir “imkanış açısı” ile 5-20% arasında etkili bir şekilde azalır.

Temel bir ilke, anisotropic malzemelerin normal ve hear deformasyonları olmasıdır. Bir yöndeki bir çekme yükü, hear basıncı üretebilir ve o zaman bir yük normal gerginlike neden olabilir. Bu darbe, sertlik onorur.0C.)[Dönemli bir anda meydana gelir) çünkü temel stres analizleri zorlayabilir.

Örnek olarak, tek yönlü karbon-fiber tüpünden yapılan bir robot kolu düşünün. Tüp, aksiyel fiberler sınırına ulaştıktan uzun süre önce aşırı serttir.Dikkatli bir tasarım, hear veya bir oksidasyon ile ilgili kollama deneyimlerine sahipse, torsion'ın aşırı derecede sert bir tepki oluşturmak için bir siyöner.

Yapısal Yük-Bearing Kapasite Üzerine Etkileri

Bir robot yapısının yük taşıma kapasitesi – kalıcı deformasyon veya kırılma olmadan devam edebilir – malzemenin anisotropy etkileşimlerini uygulamalı yük spektrumu ile ilişkilendirir. Isotropic malzemeler analiz etmek daha kolaydır, çünkü başarısızlıkları zarftır (örneğin, von Mises veri kriteri).In anisotropic material, failure kriterleri Tsai-Hill, Tsai-Wu, ve Hashin modelleri, her bir çok güç parametresi (ensile, sıkıştırıcı, heyar) her bir malzeme yönündedir.

Bir robot dinamik bir ortamda çalışırsa, yükler büyüklükte ve yöne değişir. Bir statik yük için optimize edilmiş bir anisotropik bileşeni yorgunluk veya etki altında başarısız olabilir, çünkü enerji aksaklığı yolları yönlü olarak sınırlıdır. Örneğin, bir robotun döngüsü bükmeye ve aksi haldeki bir sıkıştırmaya dayanmalıdır.Eğer fiber yönelim sadece 0° (uygunda) ile bağlantı, bükme (söpücükler) ile iyi performans gösterir.

Anisotropic Materials Kullanımının Avantajları

  • [FONT:0) Optimli güç ağırlık oranı: [Dönekli araçlar) Yüksek performanslı fiberleri birincil yük yolları boyunca hizalayarak, yapılar izotropik metal eşdeğerlerinden 30-50 daha hafif olabilir.For hava robotları (drones, fping-wing araçlar) için, bu doğrudan daha uzun uçuş zamanlarına veya daha ağır yük yüklere dönüştürür.
  • [FONT:0)Enhanced tasarım esnekliği: Anisotropic özellikleri, mühendislerin tek bir parçanın farklı bölgelerinde değişken bir sertlik yaratmalarına izin verir. Bir robot kıvrım ağır nesneler hakkında zor olabilir, ancak düzensiz şekillerde uyumlu olabilir - hepsi aynı monolithic kompozit kontenja sahiptir.
  • [FONT:0)Tailored damping ve vibrasyon özellikleri:[Dönemli s:0) Özel olarak yönlendirmeler, yüksek hızlı pick-ve-place kollarındaki salınımları azaltabilir ve sabit barajlar eklemeden zaman azaltır.
  • [FONT:0] ⁇ genişleme kontrolü: [Dönder: [Dönder: · 1] Fiberleri negatif termal genişleme katları ile birleştirirken (örneğin, karbon) pozitif bir CTE matrisi ile, genel kısım yarı iletken üretimdeki hassas konum robotları için kritik olarak tasarlanabilir.

Tasarım ve İmalattaki Zorluklar

  • [FONT=0]Complex analizi ve simülasyon: [Dönetici materyalleri modellemek, doğru malzeme yönelimini, başarısızlık başlatmasını ve ilerici hasar modellemeyi destekleyen sonlu bir öğe yazılımı gerektirir. Improper sınır koşulları veya ağlama fiziksel testlere karşı simülasyonu doğrulama için gerekli olan çabaları hafife alabilir.
  • [FONT:0)Manufacturing process constraints:[DDÜT:1] Layup yöntemleri (El döşen, otomatik fiber yerleştirme, 3D baskı filament) her biri uygulanabilir fiber eğrilik, kalınlık üniforması ve parça büyüklüğü için eğrilik döngüleri gerektirir.
  • [FONT:0) Tahmin edilebilir başarısızlık modları:[Dönetici:0) Anisotropic malzemeler genellikle gelişmiş bir şekilde başarısız olur, non-catastrophic şekilde –delaminasyon, matrix çatlakları, fiber çekme-out – bu basit sensörlerle tespit etmek zor olabilir. Bir robot kolu yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaştır.
  • [FONT:0)Cost ve liderlik süresi:[Dönetici: 1 ) Özel anisotropik kompozitler (özellikle karmaşık fiber yönelimler ile) kalıp oluşturma, otomatik işleme ve kaliteli denetim (ultrasonic C-scan, x-ray) için bu maliyetler makineli alüminyum veya benzeri plastiklere kıyasla yasaklanabilir.

Anisotropic Materials

Yük taşıma kapasitesini tahmin etmek için mühendisler Hooke'nin anisotropic solids yasasına güveniyorlar: ⁇ )[Dönetici:2))) C[Düzücü malzemeler için, uyumluluk matrisi (sağlıktan sonrası) 9 bağımsız sabittir[Dönetici: 5 ), ⁇ 'nin stres olduğu yerde, ⁇ ⁇ söndürücüdür ve C, dördüncü derece zayıftır.

[Dönemli: 9/01/2012][Dönemli: ⁇ [DÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.)[DÜye Olmayanlar[Üye Olmayanlar İçin Tıklayınız.

[Dörtücükler [Dörtücüler[Dönler)[Dönler: 9/01/2012)[Dönler: 9/01/2012)[değiştir | kaynağı değiştir]

Pratikte, bu sabitler standart kupon testlerinden elde edilir (ASTM D3039 gerginlik için, D3410 kompresyon için D5379, malzeme tedarikçileri tarafından sık sık sağlanır. Ancak, ham veriler uzun metrajlı modları etkileyen ince kompozit laminatlar için.

Finite element analizi (FEA) karmaşık geometrilerdeki aisotropic malzeme özelliklerini işlemek için standart bir araçtır. Mühendisler, uzaysal olarak değişen bir malzeme koordinat sistemi (yerel yönelim) tanımlar - örneğin, bir eğrilik robot kolu etrafında sarmalama. Modern FEA çözücüler (Abaqus, Ansys, Nastran) destek sürekliliği, her türlü hızlayıcısı için gerekli olan bir malzemedir.

Vaka Çalışmaları: Robot Yapılarında Anisotropy

Hafif Drone Arms

Quadcopter kolları, hidroksitten döngüsel bükmeye ve motor torsional yüklerinden motor toktr ile sıkıştırılabilen kirişler için sıkıştırılabilir.Bu nedenle, eğim ve torpiyon ile bir darbe ile getirilen bir darbe ile karşı karşıya kalır: etkilenen perkantılı bir yük ile hafif bir bükülme yapılır.

Robotik Exoskeleton

Sualtınları yüksek tonları iletmesi ve insan gaitinden etkilenmeye uygun olması gerekir.Agor ve shin segmentleri, 0°/90° taşıyıcısı için tasarlanmıştır, ancak hipniğe bağlı olarak ±45° ply bir tabakaya sahip olan bir vücut basıncının yüksek çözünürlükte azaltımı sağlar.Bu, insan-robot arayüzünde kullanılan stres konsantrasyonu riskini azaltır.

Yüksek Hızlı Pick-and-Place Robotlar

Yarı iletken üretimde, kol robotları 10 g'de hızlanırken, bir "tuned" yapısını oluşturmak için kullanılmalıdır: Kolun bükme işlemi, uzun süre boyunca fiberler hizalamak için yüksek çözünürlüktedir.Isotropic çelik kolları kasıtlı olarak azalırken (daha az açılı) yüksek frekanslı motor titreşimli bir filtre oluşturmak için kullanılır.

Finite Element Analizi ve Simülasyon En İyi Uygulamaları

Robot yapılarındaki aisotropic materyalleri başarıyla basitleştirmek, disiplinli bir iş akışı gerektirir:

  1. [FONT:0) tutarlı bir malzeme koordinat sistemi tanımlayın: Geometriyi takip eden yerel koordinatları kullanın.Köpek parçalar için, ekstra bakım, modeldeki streslere neden olan sonsuzluklardan kaçınmak gerekir.
  2. [FONT:0) Uygun element türleri seçin: [Dönder: [DDDDD: SC6R) veya katı elementler, delaminasyon veya out-of-plane stresleri aktif olduğunda geleneksel kabuk elementleri tercih edilir.
  3. [FONT=0)Instri başarısızlık kriteri:[Dönetici:[Dönetici:0)Instriksiyon başarısızlık kriteri:[Dönetici:[Dönetici: 0) Fiber başarısızlık ve matrix çatlakları için Hashin veya Puck kriterini kullanın, ancak aynı zamanda kohesive bölge modelleme veya VCCT (virtual çatlakları kapatma tekniği) ile de kontrol edin.
  4. [FONT:0] Basit kupon testleri ile güncel: Tam bir robot kolunu basitleştirmeden önce, malzeme modelini üç noktalı bir teste veya küçük bir kupon testine karşı doğrulayın. Uçakta sabit başarısız yük parametrelerinin optimizasyonu, ilk yüklerin %10'dan fazla olduğu takdirde.
  5. [[Düzg:0)Perform a duyarlılık analizi:[Döneticileri genellikle istatistiksel varyasyona sahiptir (örneğin, fiber hacimde ±5%). Tasarım sağlam olduğundan emin olmak için üst ve daha düşük sınırlarla simülasyonlar.

Bu, üretim sürecini kendi modeline modellemek için de kritiktir. Örneğin, otomatik fiber yerleştirmede, bu ayrıntıların aşırı derecede yüksek performanslı kompozit kollarda% 20-30 oranında yüklenebilir.Bu, mikromekanik bir birim hücre modeli veya periyodik sınır koşulu ile özellikleri taklit etmek için de önemlidir.

Anisotropic Robot Parçalar için üretim gözlüğü

Birisotropic malzeme tasarımının güvenilir bir robot parçasına çeviri, üretim tekniklerine çok bağlıdır:

  • [FONT:0)Hand işten çıkarma ve önbellek: Düşük hacimli, karmaşık geometriler için uygun, yetenekli iş ve otoklavaj yöntemleri gerektirir. Voids ve kalınlık varyasyonları, yükseltici güç ve sertlik için liderdir.
  • [FONT:0) Otomatik fiber yerleştirme (AFP): ) Robotik AFP yüksek hassasiyetle gri fiber tows yerine getiriyor (önetici doğruluk ±1°). Bu teknoloji, fiber yön değişikliklerinin bir parçası boyunca değiştiği değişken sertlik tasarımları sağlar, ancak sermaye maliyetleri yüksek (>$1M).
  • [[DD sürekli fiber ile baskı: Katkı üretimi, termoplastik bir matrixte son gelişmelerin ön plana kıyasla aşırı derecede azalır.En yakın robotlar için, AREVO, Markforged tasarım yollarını takip etmek için fiber yönelim sağlar, ancak sonuç porosity (5–15%) güç azaltır. Yine de, prototyping robot ortakları ve hızlı bir şekilde baskı için.
  • [FONT:0) Metallic anisotropic işleme: [DFLT:1] Yüksek sıcaklıkta çalışan robotlar için (örneğin, bulunan otomasyon), yön temelli olarak hassas nikel bazlı süperalloylar veya titanyum eksperatörler, sağlam birleştirici direnç sağlar.

Kalite güvencesi, imha edilemez bir test değildir (düşük C-scan, termograf, hearografi) özellikle karmaşık bir şekilde tespit edilenler, genellikle yük devretme için kabul edilemez bir güvenlik marjına yol açar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Malzeme anisotropy robotikte bir engel değildir - doğru şekilde anlaşılıp uygulanmadığı güçlü bir tasarım aracıdır.Sotropy, daha hafif, daha güçlü ve daha duyarlı bir şekilde, daha da karmaşık bir şekilde, daha da hassas bir şekilde, daha karmaşık bir şekilde, daha da karmaşık bir şekilde, daha kolaylaştırıcılar için, daha kolay bir şekilde, daha fazla elektriksel stilize edici olmayan bir şekilde, daha hızlı ve daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, daha hızlı bir şekilde, dinamik malzemelerin geliştirilmesi için.