CN114676608A - 一种织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，包括：先后建立织物经纱模型、织物纬纱模型、软体机械手夹持端模型和工作台模型；装配织物经纱和纬纱，建立织物模型；按照实际抓取环境装配织物模型、软体机械手夹持端模型、工作台模型，建立织物逐层分离模型；设置前处理条件，将其输入至有限元分析软件ABAQUS并根据织物逐层分离模型，建立作业并提交分析，计算织物逐层分离过程，输出屈曲模拟结果；本发明通过有限元分析方法得出在逐层分离过程中织物的受力大小、屈曲高度随抓取参数改变而发生的变化，进而提高逐层抓取准确率，且能够模拟真实的织物抓取环境，节省时间和材料成本。

Description

一种织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法

技术领域

本发明涉及织物屈曲模拟的技术领域，尤其涉及一种织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法。

背景技术

近年来，织物逐层分离过程的自动化加工亟待发展。其中基于仿生学理论设计的软体机械手能够模拟人手指的弯折、扭曲等动作，且制作材料多为柔性材料，与面料具有较好的亲和性，成为织物逐层分离自动化加工的重要研究方向。织物的屈曲高度是逐层分离过程的关键因素，然而在软体机械手抓取过程中，织物的屈曲行为非常复杂。现阶段，一般通过试错实验和数据回归建模来探索织物的屈曲行为，综合成本高、适用范围窄、可靠性一般，对于服装生产中多材质、多组织结构的应用场景柔性适应能力差。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，包括：先后建立织物经纱模型、织物纬纱模型、软体机械手夹持端模型和工作台模型；装配织物经纱和纬纱模型，建立织物模型；按照实际抓取环境装配所述织物模型、软体机械手夹持端模型、工作台模型，建立织物逐层分离模型；设置前处理条件，将其输入至有限元分析软件ABAQUS并根据所述织物逐层分离模型，建立作业并提交分析，计算织物逐层分离过程，输出屈曲模拟结果。

作为本发明所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的一种优选方案，其中，包括：将织物参数输入到织物仿真软件Texgen中，获取所述织物经纱模型、织物纬纱模型，并导入到有限元分析软件ABAQUS中；通过所述有限元分析软件ABAQUS绘制所述软体机械手夹持端模型和工作台模型。

作为本发明所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的一种优选方案，其中，建立织物模型包括：将织物经纱模型和织物纬纱模型保存为STEP格式，并导入有限元分析软件ABAQUS中，通过Assembly模块将织物经纱和织物纬纱装配形成织物模型。

作为本发明所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的一种优选方案，其中，所述织物参数包括经纱和纬纱根数、纱线横截面长轴长度、纱线横截面短轴长度、织物厚度；在Texgen软件weave模块中输入各参数数值大小。

作为本发明所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的一种优选方案，其中，还包括：织物共有三层，第一层与软体机械手夹持端底面直接接触，第三层与工作台平面直接接触，三层之间相互接触。

作为本发明所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的一种优选方案，其中，设置前处理条件包括：为织物模型、软体机械手夹持端模型、工作台模型分别编辑相应的材料属性，其中织物模型为横观各向同性材料、软体机械手夹持端模型为橡胶材料、工作台模型为铝合金材料；设置分析步和边界条件。

作为本发明所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的一种优选方案，其中，设置分析步和边界条件包括：通过有限元分析软件ABAQUS的Load模块在初始分析步中设置软体机械手夹持端沿X轴正向移动的距离，软体机械手夹持端的初始指间距，以及软体机械手夹持端在接下来的分析步中沿Z轴移动的距离。

作为本发明所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的一种优选方案，其中，还包括：在有限元分析软件ABAQUS的Load模块中，通过改变数值的大小、正负，对软体机械手夹持端的运动距离及运动方向进行控制。

作为本发明所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的一种优选方案，其中，还包括：根据织物逐层分离模型的特点划分网格，利用有限元分析软件ABAQUS中的自由网格划分功能分别划分各模型的网格。

作为本发明所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的一种优选方案，其中，屈曲模拟结果包括织物屈曲高度、织物受力大小和变形云图。

本发明的有益效果：本发明通过有限元分析方法得出在逐层分离过程中织物的受力大小、屈曲高度随抓取参数改变而发生的变化，进而提高逐层抓取准确率，且能够模拟真实的织物抓取环境，节省时间和材料成本；同时本发明所得数据还有利于后续联合织物参数和机械手抓取参数，实现基于软体机械手的织物自适应抓取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的织物经纱模型图；

图3为本发明第一个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的软体机械手外观图；

图4为本发明第一个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的织物模型图；

图5为本发明第一个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的织物逐层分离示意图；

图6为本发明第一个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的织物逐层分离模型图；

图7为本发明第一个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的软体机械手夹持端模型及运动坐标系图；

图8为本发明第二个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的织物屈曲高度与指间距的关系图；

图9为本发明第二个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的第一层织物受到的压力与夹持端下移距离的关系图；

图10为本发明第二个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的织物屈曲高度与第一层织物受到的压力之间的关系图；

图11为本发明第二个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的第一层织物模型在受到6N正压力时的屈曲变形情况图；

图12为本发明第二个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的第一层织物模型在受到16N正压力时的屈曲变形情况图；

图13为本发明第二个实施例所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法的第一层织物模型在受到28N正压力时的屈曲变形情况图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～7，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，包括：

S1：先后建立织物经纱模型、织物纬纱模型、软体机械手夹持端模型和工作台模型。

(1)将织物参数输入到织物仿真软件Texgen的weave模块中，获取织物经纱模型、织物纬纱模型，并导入到有限元分析软件ABAQUS中；以经纱模型为例，如图2所示。

其中，织物参数包括经纱和纬纱根数、纱线横截面长轴长度、纱线横截面短轴长度、织物厚度。

(2)通过有限元分析软件ABAQUS绘制软体机械手夹持端模型和工作台模型。

软体机械手外观如图3所示，软体机械手逐层分离织物过程中，只有机械手的夹持端底面与织物直接接触，施加垂直于织物平面的面载荷，通过摩擦力推动织物屈曲变形；因此在模拟织物被逐层抓取过程中的屈曲行为时，只需考虑软体机械手的夹持端对织物的作用，夹持端的不规则几何体可简化为长方体。

S2：装配织物经纱和纬纱，建立织物模型。

将织物经纱模型和织物纬纱模型保存为STEP格式，并导入有限元分析软件ABAQUS中，通过Assembly模块将织物经纱和织物纬纱装配形成织物模型，其结构如图4所示。

S3：按照实际抓取环境装配织物模型、软体机械手夹持端模型、工作台模型，建立织物逐层分离模型。

软体机械手抓取织物堆垛的过程中，各层织物之间会产生摩擦，因此设置三层织物，第一层与软体机械手夹持端底面直接接触，第三层与工作台平面直接接触，三层之间相互接触；织物逐层分离示意图见图5；织物逐层分离模型见图6。

S4：设置前处理条件，将其输入至有限元分析软件ABAQUS并根据织物逐层分离模型，建立作业并提交分析，计算织物逐层分离过程，输出屈曲模拟结果。

(1)设置前处理条件：

①为织物模型、软体机械手夹持端模型、工作台模型分别编辑相应的材料属性，其中织物模型为横观各向同性材料、软体机械手夹持端模型为橡胶材料、工作台模型为铝合金材料。

②设置分析步和边界条件；具体的，如图7所示坐标系，在有限元分析软件ABAQUS的Load模块中，通过改变数值的大小、正负，对软体机械手夹持端的运动距离及运动方向进行控制，即通过有限元分析软件ABAQUS的Load模块在初始分析步中设置软体机械手夹持端沿X轴正向移动的距离，软体机械手夹持端的初始指间距，以及软体机械手夹持端在接下来的分析步中沿Z轴移动的距离；随着夹持端沿z轴正向移动，指间距减小。

③根据织物逐层分离模型的特点划分网格，利用有限元分析软件ABAQUS中的自由网格划分功能分别划分各模型的网格。

(2)将前处理条件输入至有限元分析软件ABAQUS并根据织物逐层分离模型，建立作业并提交分析，软件即可自动求解计算织物逐层分离过程，输出屈曲模拟结果。

屈曲模拟结果包括织物屈曲高度、织物受力大小和变形云图。

实施例2

为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例对本方法进行仿真实验，以验证本方法所具有的真实效果。

实验一

设置纱线间距为0.6mm，织物厚度为0.3mm，纱线横截面长轴为0.57mm，纱线横截面短轴为0.15mm，经纱、纬纱根数各为10；将以上织物参数输入织物仿真软件Texgen的weave模块中，建立织物逐层分离模型。

设置分析步和边界条件：在有限元分析软件ABAQUS的Load模块中，首先在分析步a中设置夹持端沿X轴正向移动0.07mm，夹持端初始指间距为3mm，随着夹持端在分析步b～d沿Z轴移动，最终指间距为2mm；夹持端运动距离及方向见下表：

表1：夹持端运动距离及方向。

	分析步a	分析步b	分析步c	分析步d
					夹持端运动距离及方向	X＝0.07	Z＝0.05	Z＝0.1	Z＝0.5
指间距	3	2.9	2.8	2

使用有限元分析软件ABAQUS的中的自由网格划分功能分别划分各模型的网格；建立作业并提交分析，输出屈曲模拟结果，即输出织物屈曲高度与指间距的关系曲线，如图8所示，随指间距的减小，织物的屈曲高度增加；输出第一层织物受到的压力与夹持端下移距离的关系曲线，如图9所示，随夹持端下移距离的增加，第一层织物受到的压力增加。

实验二

设置纱线间距为0.8mm，织物厚度为0.2mm，纱线横截面长轴为0.5mm，纱线横截面短轴为0.1mm，经纱、纬纱根数各为24；将以上织物参数输入织物仿真软件Texgen的weave模块中，建立织物逐层分离模型。

设置分析步和边界条件：首先在分析步a中设置夹持端沿X轴正向移动0.10mm，夹持端初始指间距为4.5mm，随着夹持端在分析步b～e沿Z轴移动，最终的指间距为0.5mm；为分析织物屈曲高度与第一层织物受到的压力之间的关系，可以改变分析步中X值的大小，在本实例中，X越大，织物受到的压力越大；夹持端运动距离及方向见下表：

表2：夹持端运动距离及方向。

	分析步a	分析步b	分析步c	分析步d	分析步e
						夹持端运动距离及方向	X＝0.10	Z＝0.05	Z＝0.1	Z＝0.5	Z＝2
指间距	4.5	4.4	4.3	3.5	0.5

使用有限元分析软件ABAQUS的中的自由网格划分功能分别划分各模型的网格；建立作业并提交分析，输出屈曲模拟结果，即输出织物屈曲高度与第一层织物受到的压力之间的关系曲线如图10所示，第一层织物受到的最大压力分别为6N、16N、28N，在作业计算结束时，所对应的织物最大屈曲高度分别为0.15mm、0.50mm、0.52mm。输出织物模型在受到不同的正压力时的屈曲变形云图，如图11～13所示，第一层织物受到的压力越大，织物的屈曲高度越大，但当第一层织物受到的压力由16N增加到28N时，织物的屈曲高度增加并不明显。

以上仿真实验表明方法可对织物逐层分离过程中织物的屈曲高度、第一层织物的受压力情况、织物在受到不同正压力时的屈曲变形情况进行模拟。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于，包括：

先后建立织物经纱模型、织物纬纱模型、软体机械手夹持端模型和工作台模型；

装配织物经纱模型和纬纱模型，建立织物模型；

按照实际抓取环境装配所述织物模型、软体机械手夹持端模型、工作台模型，建立织物逐层分离模型；

设置前处理条件，将其输入至有限元分析软件ABAQUS并根据所述织物逐层分离模型，建立作业并提交分析，计算织物逐层分离过程，输出屈曲模拟结果。

2.如权利要求1所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于，包括：

将织物参数输入到织物仿真软件Texgen中，获取所述织物经纱模型、织物纬纱模型，并导入到有限元分析软件ABAQUS中；

通过所述有限元分析软件ABAQUS绘制所述软体机械手夹持端模型和工作台模型。

3.如权利要求1或2所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于，建立织物模型包括：

将织物经纱模型和织物纬纱模型保存为STEP格式，并导入有限元分析软件ABAQUS中，通过Assembly模块将织物经纱模型和织物纬纱模型装配形成织物模型。

4.如权利要求3所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于：

所述织物参数包括经纱和纬纱根数、纱线横截面长轴长度、纱线横截面短轴长度、织物厚度；

在Texgen软件weave模块中输入各参数数值大小。

5.如权利要求4所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于，还包括：

织物共有三层，第一层与软体机械手夹持端底面直接接触，第三层与工作台平面直接接触，三层织物之间相互接触。

6.如权利要求1或3所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于，设置前处理条件包括：

为织物模型、软体机械手夹持端模型、工作台模型分别编辑相应的材料属性，其中织物模型为横观各向同性材料、软体机械手夹持端模型为橡胶材料、工作台模型为铝合金材料；

设置分析步和边界条件。

7.如权利要求6所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于，设置分析步和边界条件包括：

通过有限元分析软件ABAQUS的Load模块在初始分析步中设置软体机械手夹持端沿X轴正向移动的距离，软体机械手夹持端的初始指间距，以及软体机械手夹持端在接下来的分析步中沿Z轴移动的距离。

8.如权利要求7所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于，还包括：

在有限元分析软件ABAQUS的Load模块中，通过改变数值的大小、正负，对软体机械手夹持端的运动距离及运动方向进行控制。

9.如权利要求7或8所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于，还包括：

根据织物逐层分离模型的特点划分网格，利用有限元分析软件ABAQUS中的自由网格划分功能分别划分各模型的网格。

10.如权利要求1所述的织物逐层分离过程中的屈曲模拟方法，其特征在于：

屈曲模拟结果包括织物屈曲高度、织物受力大小和变形云图。

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