郭付龍

(深圳技師學(xué)院 中德智造學(xué)院,廣東 深圳 518116)

SolidWorks在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用

郭付龍

(深圳技師學(xué)院 中德智造學(xué)院,廣東 深圳 518116)

工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)是技工院校工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,針對(duì)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)中的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí),將SolidWorks軟件引入到工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)的教學(xué)中來,通過軟件強(qiáng)大的草圖繪制、建模以及仿真功能將復(fù)雜的問題直觀化,降低了教學(xué)和學(xué)習(xí)的難度.

SolidWorks;工業(yè)機(jī)器人;草圖繪制;運(yùn)動(dòng)仿真

工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)課程是技工院校工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課,其任務(wù)是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)、控制及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),為以后工業(yè)機(jī)器人專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)[1].鑒于技工院校的學(xué)生底子薄、學(xué)習(xí)能力差,其中牽涉到機(jī)械基礎(chǔ)的很多知識(shí)過于理論化,學(xué)生難以理解和掌握.筆者通過教學(xué)實(shí)踐將三維CAD軟件應(yīng)用到工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)的教學(xué)實(shí)踐中去,形成新的多媒體教學(xué),表達(dá)一般教學(xué)手段難以解釋有關(guān)專業(yè)的內(nèi)容,將抽象的概念形象化、具體化,使課堂教學(xué)生動(dòng)直觀,易于接受和理解.實(shí)踐證明,通過基于SolidWorks的工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)方法的嘗試,對(duì)于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解及工程概念的掌握有很大的促進(jìn)作用.

1 SolidWorks軟件在教學(xué)中的實(shí)例

1.1 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

工業(yè)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是指用線條與運(yùn)動(dòng)符號(hào)表示機(jī)器人臂部、腕部等結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)間運(yùn)動(dòng)形式的簡(jiǎn)易圖形.機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖能夠很好地分析和記錄機(jī)器人的運(yùn)動(dòng),有利于對(duì)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行鮮明的對(duì)比[2].機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖包含構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副及自由度的概念.傳統(tǒng)形式的白板及PPT教學(xué)模式難以展示機(jī)器人實(shí)物與運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖之間的關(guān)系,難以解釋運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖所包含的機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)副及自由度之間的關(guān)系,學(xué)生被動(dòng)接受,教學(xué)效果一般.

利用SolidWorks強(qiáng)大的草圖繪制功能,用國標(biāo)規(guī)定的線條和符號(hào),按照一定的比例尺繪制出機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖.圖1(a)為某SCARA機(jī)器人的實(shí)物,圖1(b)為使用SoildWorks繪制的該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖.繪制完成之后利用SolidWorks軟件的草圖塊功能將組成機(jī)器人的每一個(gè)構(gòu)件轉(zhuǎn)換成塊,該草圖可以模擬機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng).將傳統(tǒng)教學(xué)中固定的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖通過SolidWorks軟件轉(zhuǎn)換成運(yùn)動(dòng)的圖形,能夠清楚地解釋構(gòu)件的概念,展示構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,描述機(jī)器人的自由度,讓機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖真正運(yùn)動(dòng)起來,吸引學(xué)生的注意力,提升教學(xué)效果.

圖1 SCARA機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

圖2 諧波減速器的工作原理

1.2 諧波減速器的工作原理

在工業(yè)機(jī)器人中,減速器是連接機(jī)器人動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置,諧波減速器廣泛應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人中.諧波減速器是利用行星齒輪傳動(dòng)原理發(fā)展起來的一種新型減速器,是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種行星齒輪傳動(dòng)[3],它由固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器3個(gè)基本構(gòu)件組成.在教學(xué)過程中,學(xué)生缺乏機(jī)械原理的知識(shí),對(duì)諧波減速器的原理難以理解.

根據(jù)圖2(a)所示的減速器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,利用SolidWorks創(chuàng)建該減速器的虛擬樣機(jī).考慮到創(chuàng)建虛擬樣機(jī)的目的只是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,而不是進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),因此在建立虛擬樣機(jī)時(shí),只需滿足機(jī)構(gòu)的尺寸及運(yùn)動(dòng)副要求即可.建模裝配好的虛擬樣機(jī)如圖2(b)所示.

利用Motion插件對(duì)建立好的減速器的虛擬樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,不僅可以直觀地顯示該減速器的運(yùn)動(dòng)過程,讓學(xué)生很容易理解減速器的工作原理,還可以將整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程記錄下來存為avi格式,供制作多媒體課件使用,增加課堂的趣味性.通過逼真的減速器的運(yùn)動(dòng)仿真,學(xué)生對(duì)復(fù)雜的減速器的工作原理一目了然,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

2 結(jié)論

實(shí)踐證明,將SolidWorks軟件引入工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)課程的教學(xué)中可取得良好的教學(xué)效果.應(yīng)用SolidWorks軟件對(duì)該課程中所涉及的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)利用其強(qiáng)大的草圖繪制、建模以及運(yùn)動(dòng)仿真功能展示出來,讓學(xué)生更容易理解,為該課程的教學(xué)提供了有益嘗試.

[1]王保軍,滕少鋒.工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2016.

[2]郝巧梅,劉懷蘭.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2016.

[3]湯曉華,蔣正炎,陳永平.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2015.

郭付龍(1987-),男,碩士,主要研究方向?yàn)镃AD/CAM及工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)與應(yīng)用.

〔編輯:劉曉芳〕

TH111;TP391.72

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.154

2095-6835(2017)22-0154-02