Kỹ thuật robot liên tục đẩy các ranh giới của những gì máy có thể đạt được trong môi trường yêu cầu - từ những dòng sản xuất tốc độ cao đến các nhà hát phẫu thuật và khám phá sâu. một hệ thống tính bền vững của robot trực tiếp xác định thời gian hoạt động, bảo trì và tính đáng tin cậy tổng thể. trong khi các phương pháp phân tích tuyến tính truyền thống đã phục vụ cho ngành công nghiệp trong nhiều thập kỷ, chúng thường giảm khi các thành phần bị biến dạng lớn, sự tiếp xúc nhựa, hoặc tương tác phức tạp. không phải là một cách tiếp xúc trực tiếp cận dựa trên phương pháp trực tiếp chính xác hơn, dựa trên vật lý để dự đoán và tăng cường tính bền vững của cấu trúc robot dưới hàng thế giới thực.

Hiểu sự phân tích phi tuyến tính trong kỹ thuật robot

Phân tích phi tuyến tính cho sự thật rằng mối quan hệ giữa lực áp dụng và độ dời kết quả không phải lúc nào cũng tỉ lệ. trong cấu trúc robot, ba yếu tố chính không tuyến tính đi vào cuộc chơi:

  • Hình học phi tuyến tính ) – Occcccccccurs khi sự biến dạng đủ lớn để thay đổi tính cứng của cấu trúc một cách đáng kể. Thí dụ, các cánh tay robot mềm mại đang bị cong hoặc co giật trong quá trình nâng nặng.
  • Sự phi tuyến tính ) – nổi lên khi mối quan hệ căng thẳng của vật liệu đi lệch khỏi độ đàn hồi tuyến tính, như sự dẻo dai, leo trèo, hoặc sự nhạy cảm căng thẳng trong các khớp và kim loại dùng trong các khớp hoặc kẹp.
  • Độ tương phản – xảy ra khi bề mặt đi vào hoặc mất liên lạc, hoặc khi lực ma sát khác nhau với trọng lượng bình thường. Đây là yếu trong khớp, mang, và hậu quả.

Bằng cách tổng hợp những tính chất phi tuyến tính này, các kỹ sư có thể mô phỏng [FLT: 0] ứng xử của một robot dưới điều kiện cực đoan hoặc không thể đoán trước, dự đoán các chế độ thất bại mà phương pháp tuyến tính sẽ bỏ sót.

Giới hạn phân tích tuyến tính cho cấu trúc robot

Phân tích yếu tố hữu hạn tuyến (FEA) giả định các biến dạng nhỏ, các vật liệu co giãn tuyến tính, và điều kiện biên giới không thay đổi. Đối với nhiều ứng dụng robot, những giả định này không hợp lệ:

  • Cánh tay robot thường hoạt động gần giới hạn cấu trúc, trải nghiệm những sự lệch hướng lớn làm thay đổi đường đi của các trọng tải.
  • Việc nạp đạn lặp đi lặp lại có thể gây ra sự nhường nhịn ở địa phương, dẫn đến những căng thẳng và mệt mỏi.
  • Quyền giải phóng và lực liên lạc thay đổi chuyển động, tạo ra sự cứng nhắc thay đổi thời gian.

Do đó, chỉ dựa vào phân tích tuyến tính có thể dẫn đến thiết kế quá sớm. Việc phân tích không tuyến tính mà làm lãng phí năng lượng, hoặc ) cấu trúc bị cắt đứt mà thất bại. Việc phân tích không tuyến tính đóng khoảng cách này bằng cách đưa ra những dự đoán thực tế về tính bền vững và hiệu suất.

Lợi ích chính của việc phân tích phi tuyến tính cho tính bền bỉ của robot

Dự đoán về sự căng thẳng

Các phương pháp không tuyến tính xác định được sự tập trung của stress mà mô hình tuyến tính không để ý, đặc biệt là trong vùng có những người bị căng thẳng như lỗ bu lông, các khớp nối và góc sắc nhọn. Điều này ngăn chặn sự kết hợp bất ngờ và sự truyền bá bất ngờ.

Tạo ra kiểu vật chất tăng cường

Các kỹ sư có thể xác định những hành vi vật chất như ) ), [FLT: 1] [FLT:] [FLT:] , và [FLT:] suy giảm ).

Thiết kế nhẹ, tô màu

Với những phong bì tải thực tế, các nhà thiết kế có thể giảm các yếu tố an toàn chỉ bằng những giả định tuyến tính, dẫn đến việc sáng hơn, nhanh nhẹn hơn mà không làm hư hại tính toàn vẹn của cấu trúc.

Thử nghiệm những tình huống cực đoan

Trình mô phỏng phi tuyến tính cho phép các kỹ sư thử nghiệm robot dưới [FLT: 0] ) ), [FLT: 2] [FLT:] dừng , [FLT:] sự mở rộng nhiệt [FLT:]] ], và [FL:6] chu trình [FL:] [FL: 7] dừng lại [FL: 7] nhanh hơn việc sử dụng sức mạnh vật lý. Điều này tăng tốc độ phát triển và giảm chi phí.

Nhận diện Chế độ Không đúng

Ngoài sự căng thẳng, phân tích phi tuyến tính dự đoán sự tăng trưởng, mệt mỏi và mặc quần áo tiếp xúc.

Sự phân tích phi tuyến tính thực tế

Áp dụng phân tích phi tuyến tính cho cấu trúc robot theo một luồng công việc có hệ thống.

Bước 1: Phát triển mô hình

Tạo một hình học 3 chiều chi tiết của thành phần robot. Tính năng đơn giản hóa không ảnh hưởng đến phản ứng cấu trúc như những cái nuông nhỏ hay lỗ sợi để giảm chi phí tính toán. Hãy gán các mô hình vật liệu thích hợp (v. d., aciteric co cứng cho thép, cường độ cao cho hải cẩu cao su).

Bước 2: Chọn lọc các yếu tố

Sử dụng các yếu tố thứ tự cao hơn (tách bậc hai bậc hoặc tứ diện) để bẻ cong các bộ phận. tinh chỉnh các sắc thái trong vùng với các cấp độ áp suất hoặc các vùng liên lạc. Phân tích phi tuyến tính nhạy cảm với chất lượng mesh; thực hiện một nghiên cứu tập thể.

Bước 3: Định nghĩa tải và điều kiện giới hạn

Áp dụng lực thực tế, mô-men xoắn và chuyển động dựa trên dữ liệu động vật học robot. Bao gồm trọng lực [FLT: 1], [FLT:] ) ). Để có bối cảnh sống động, hãy dùng thời gian tích hợp hoặc thời gian hợp một cách rõ ràng.

Bước 4: Chọn và thiết lập

Chọn kiểu phân tích: tĩnh (để tải trạng thái chậm hay ổn định), động năng ngầm (cho tốc độ vừa phải), hoặc động năng rõ ràng (để tác động tốc độ cao. Điều chỉnh kích cỡ bước sóng để đảm bảo sự hội tụ. Dùng bộ giải quyết cao như tự động ổn định cho cấu hình không ổn định.

Bước 5: Chạy mô phỏng

Các gói phần mềm điển hình cho không tuyến tính bao gồm [FLT:] khả năng đa sinh học ) [FLT: 1], [FLT:], [FLT:], [FLT:], [FLT], [FLT], và các công cụ này xử lý các biến thiên thể lớn, không có tính năng].

Bước 6: Bảo vệ và Thiết kế

Phân tích căng thẳng, căng thẳng, dịch chuyển và áp lực liên lạc với nhau. Xác định các tiêu chuẩn thất bại: tương đương (von Misss) sự căng thẳng cực lớn, căng thẳng chính yếu mạnh hơn, hoặc căng thẳng nhựa tích tụ trên giới hạn được chấp nhận. thay đổi hình học, vật liệu, hoặc tải điều kiện phù hợp và chạy lại.

Nghiên cứu: Làm tăng sức bền của cánh tay rô - bốt

Một nhà sản xuất rô bốt công nghiệp 6 trục đã quan sát thấy thất bại sớm do mệt mỏi tại khớp tay nặng nề của cánh tay. tuyến tính đã dự đoán một yếu tố an toàn của 2.5, nhưng các đơn vị trường đã bị vỡ sau 200 chu kỳ với vận tốc cao. các kỹ sư thực hiện một phân tích phi tuyến tính bằng cách sử dụng Abaqu, không phải tuyến tính bởi sự uốn cong lớn, chất dẻo trong hợp kim nhôm (6061-T6), và không phải là tuyến tính ở bề mặt mang.

Giả lập cho thấy rằng trong khi tăng tốc nhanh, nhà ở của cổ tay tăng [FLT: 0] khả năng sinh sản [FLT:] mà trở thành một chất gây stress cho chu kỳ sau đó. Việc mang vừa vặn vì sự tăng nhiệt độ, áp lực liên lạc tăng vượt quá giới hạn của vật liệu. Bằng cách thiết kế lại nhà ở với một phần dày hơn trong đường tải và chuyển sang một hợp kim cao hơn với sức mệt mỏi, nhóm loại bỏ những thất bại sớm. Sau khi thiết kế lại, cánh tay được thiết kế lại đạt được hơn 1.5 triệu chu kỳ mà không bị làm hỏng (F: 2%) trong dịch vụ tăng [F3] và giảm đi 20% bảo trì thời gian.

Thử thách và thực hành tốt nhất

Bất kể lợi ích của nó, phân tích phi tuyến tính đưa ra những trở ngại mà các kỹ sư phải giải quyết:

  • Mô hình độ phân giải cao có thể đòi hỏi nhiều giờ hay nhiều ngày để giải quyết. Hãy sử dụng sự cân đối, sự giảm thiểu, và thay đổi thích ứng để giảm thời gian chạy.
  • Tính chất cơ bản không tuyến tính [FLT: 0]: [FLT: 1] tính chất vật liệu chính xác (v. d., đường cong stress- straiter, dữ liệu S-N mệt mỏi] là thiết yếu. Obtain dữ liệu từ các bài kiểm tra hoặc văn học chuẩn hoá.
  • Những người giải quyết không tuyến tính có thể không hội tụ được do khả năng liên lạc hoặc sự méo mó nghiêm trọng yếu tố. Nhân viên liên lạc với stailations và kiểm tra chất lượng mesh.
  • Thống kê: luôn luôn kết quả mô phỏng tương quan với dữ liệu thử nghiệm căng thẳng hoặc mệt mỏi. Điều chỉnh mô hình giả định dựa trên những phản ứng đo lường.

Cách tốt nhất là bắt đầu với mô hình tuyến tính đơn giản hơn, thêm hiệu ứng phi tuyến tính và dùng [FLT: 0] nghiên cứu [FLT: 1] để xác định các tham số chi tiết trội.

Những cuộc khảo sát về tương lai phi tuyến tính cho kỹ thuật robot

Một số xu hướng đang nổi lên hứa hẹn sẽ giúp cho việc phân tích phi tuyến tính dễ dàng hơn và mạnh mẽ hơn cho việc đánh giá tính bền vững:

Hợp nhất với việc học hỏi máy

Mô hình máy móc được đào tạo dựa trên dữ liệu phi tuyến tính có thể dự đoán phản ứng cấu trúc trong thời gian thực, cho phép sinh đôi sinh đôi số của hệ thống robot theo dõi tổn thương mệt mỏi trong khi hoạt động.

Mô phỏng đa vật lý

Những phân tích kết hợp cấu trúc, nhiệt độ và điện từ trở nên quan trọng khi robot kết hợp cảm biến, động cơ, và cuộn dây sạc không dây.

Sản xuất thêm vật liệu

Phân tích không cân đối tuyến tính phù hợp với những vật liệu này sẽ tối ưu hóa khung robot bền vững, nhẹ nhàng.

Để đọc sâu hơn về xu hướng này, xem một bài phê bình gần đây trong Kinh nghiệm của kỹ thuật robot và máy tính-I-Ictuating .

Kết luận

Phân tích phi tuyến tính đã tiến hóa từ một công cụ nghiên cứu chuyên nghiệp thành một phương pháp thiết kế thực tiễn để tăng cường khả năng sử dụng cấu trúc của robot. bằng cách nắm bắt chính xác những thông tin biến đổi lớn, sự linh hoạt vật chất và hành vi liên lạc, nó cho phép các kỹ sư thiết kế robot vừa nhẹ vừa bền vững vừa có khả năng chịu đựng được những thiết bị sản xuất, khám phá và chăm sóc y tế. Khi các nguồn tài nguyên điện toán trở nên rẻ hơn và mô phỏng phần mềm dễ sử dụng hơn, phân tích phi tuyến tính đang chuẩn bị trở thành một bước chuẩn trong mỗi chu kỳ thiết kế robot. Tổ chức mà ngày nay sẽ dẫn đến việc xây dựng thế hệ sau của robot dài, kéo dài.