问题背景
随着科技的发展，以及人民生活水平和人力成本的提高，扫地机器人已经在普通家庭中逐渐普及。扫地机器人是一种可对平整地面进行一定程度清扫的智能家用电器，其主要作用为清扫地面灰尘和垃圾。边刷（又称为起尘刷）作为扫地机器人的主要零件之一，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，以便吸尘系统将灰尘吸干净。
根据设计要求，边刷与地面的接触力大小需要控制在一定范围，同时为了获得较好的清扫效果，应尽可能增加边刷在清扫过程中与地面的接触长度。
边刷结构
本文分析的边刷具有三个刷头，在圆周上均匀分布，刷头为软质材料，在与地面接触时会产生变形。
分析假设与建模说明
- 根据设计安装要求，边刷旋转轴线与地面不垂直，因此在边刷旋转过程中，刷头与地面的接触力呈周期变化，在靠机器外侧的力最大，回到机器内侧时逐渐减小到零；
- 经过分析可知，当其中一个刷头与地面接触并产生最大变形时，另外两个刷头只是与地面轻微接触，因此边刷与地面的接触力计算可只取其中一个刷头进行分析；
- 边刷沿墙和沿直线的转速分别为330rpm、150rpm，忽略惯性力影响，选择静力分析；
建模分析
1）建立静力分析系统；
2）导入边刷几何模型，在SpaceClaim中进行简化处理，去除过小的圆角，保留一个刷头并切除两个，建立地面模型；
3）选择双线性理想弹塑性材料本构，定义边刷的材料参数如下图；
4）定义刷头与地面之间的无摩擦接触，并在刷头安装位置定义Remote Point；
5）采用自由网格划分，对刷头和应力集中区域进行网格细化，总共生成27374个单元和49498个节点；
6）通过前面定义的Remote Point施加角度载荷，约束地面，执行静力分析；
7）应力分析结果如下，可以看到刷头根部有明显的应力集中现象，但最大应力值仍远小于材料的屈服强度；
8）刷头与地面的接触变化曲线如下图，初始状态刷头与地面无接触，因此接触力为零，最大接触力0.122N（约12.5gf）；
9）刷头与地面的接触动画如下
优化设计
原始设计的接触力与设计目标有一定差距，刷头与地面的接触长度也不够理想，需要进一步优化结构。
经过优化后的边刷实测结果如下图，刷头与地面在约180度范围内维持较大的接触长度，边刷总的清扫角度约270度。
