1.引言

扫地机器人已经逐渐为人所知，进入越来越多的家庭。边刷作为扫地机器人的核心零件之一，其作用是将扫地机器人无法抵近的墙边与角落的灰尘清扫出来，以便吸尘器将灰尘吸干净。为了防止碰撞墙壁等障碍，现在很多扫地机器人都采用红外探测，会在距离障碍物几公分的地方停下来。边刷在扫地机器人的边缘，一般超出机体5-8公分，能有效清扫角落里的灰尘。

边刷的设计需满足众多技术指标，出于商业保密目的，本文不讨论具体设计方法，仅从仿真分析技术角度简单介绍边刷与地面的接触分析。

2.仿真分析

建立分析系统

本次分析刷头与地面的静态接触情况，建立一个静力分析系统。

材料定义

定义边刷各部分的材料模型。

几何处理

在ANSYS的几何处理工具Space Claim中对几何模型进行简化处理，本次分析的边刷一共有三个刷头，为节省计划时间，切除其中两个刷头仅保留一个刷头，分析其与地面接触情况。处理完的几何模型如下图所示（俯视地面）。

接触定义

装配体导入，Workbench会根据几何公差自动在部件间定义接触对，默认为Bonded类型。建议逐一检查接触对，根据需要修改接触类型。

网格划分

首先划分较粗糙网格进行试算，检验材料参数、零件装配、接触对以及载荷等是否正常，再采用二分法调整单元尺寸或对局部进行细化，直至结果满足精度要求。

求解设置

接触问题不收敛可能有众多原因，如材料、接触对的定义、网格尺寸等因素有关，但更多时候是求解设置不当导致分析不收敛。建议打开大变形开关，采用自动时间步，适当调整初始/最小/最大求解子步以及接触刚度，通常情况下即可取得收敛结果。

分析结果

刷头与地面的接触动画如下图

应力分布

接触力的变化

刷头的位移响应

最开始没有找到Workbench中的解决方法，只好将结果又导入APDL中，将刷头的位移按求解子步写出，再绘成曲线。

后面发现其实Workbench中处理更方便，直接定义一个User Defined Result，省去编写APDL代码写出结果的麻烦。

3.总结

刷头与地面的静力接触力分析，是一个基础、典型的接触分析，涉及局部坐标系、远程点/远程位移、接触对定义、Named Selections、非线性求解设置，以及后处理中变形、应力、接触力、节点位移响应等应用。

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