馬 宏,尚騰蛟,田 陽(yáng),劉春東,3*
(1.河北建筑工程學(xué)院,河北 張家口 075000;2.張家口市智能機(jī)械技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 張家口 075000;3.河北省機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)示范中心,河北 張家口 075000)
計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)的全新技術(shù),具有逼真性、實(shí)時(shí)性和交互性等特征[1],在學(xué)科競(jìng)賽中起到的作用也越來(lái)越重要,特別是在工科專業(yè)競(jìng)賽中。[2]。本文以全國(guó)工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽為例,應(yīng)用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)設(shè)計(jì)物流搬運(yùn)機(jī)器人,快速獲取最終設(shè)計(jì)方案。
要求機(jī)器人的外形尺寸不超過(guò)300×300×400(單位mm)的空間范圍。物料包絡(luò)在直徑為50 mm,高度為70 mm的圓柱形空間范圍內(nèi)。物料放置在原料區(qū)物料架上,物料架設(shè)置上下兩層,每層放置3個(gè),料架及物料放置如圖1所示。機(jī)器人搬運(yùn)上述物料。
圖1 料架及物料放置
機(jī)器人運(yùn)行至抓取工位后依次抓取上層的物料,之后機(jī)器人運(yùn)行至粗加工區(qū)將物料依次放置在對(duì)應(yīng)的色環(huán)內(nèi),再將粗加工區(qū)的物料依次抓取,運(yùn)行至半成品區(qū),將料倉(cāng)內(nèi)物料按照任務(wù)要求再次放置色環(huán)內(nèi)。作業(yè)地圖如圖2所示。
圖2 機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)地圖
以上即為上層物料的抓放要求。完成上層物料的抓放之后,機(jī)器人再次重復(fù)上述動(dòng)作,將下層物料完成搬運(yùn)。
選用SolidWorks作為本次虛擬仿真的軟件,設(shè)計(jì)機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)板尺寸為298×298 mm;選用直流電機(jī)與麥克納姆輪式結(jié)構(gòu)作為驅(qū)動(dòng)單元,同時(shí)將灰度傳感器、電路托板等結(jié)構(gòu)通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真并完成虛擬裝配,如圖3所示。
圖3 機(jī)器人底盤(pán)虛擬仿真設(shè)計(jì)
根據(jù)物料形狀,機(jī)械爪上下兩支開(kāi)合結(jié)構(gòu)。選用可單獨(dú)水平運(yùn)動(dòng)的連桿式機(jī)械臂,結(jié)合抓取和放置工位的運(yùn)行擺角,設(shè)計(jì)大臂和小臂的結(jié)構(gòu);進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計(jì),并完成裝配,如圖4所示。
圖4 機(jī)械臂虛擬仿真設(shè)計(jì)
將上述設(shè)計(jì)完成底盤(pán)、機(jī)械爪和機(jī)械臂進(jìn)行仿真裝配,完成整機(jī)裝配,如圖5所示。
圖5 機(jī)械人整機(jī)虛擬仿真設(shè)計(jì)
完成后進(jìn)行機(jī)構(gòu)和理性檢驗(yàn)以及總體尺寸驗(yàn)證,符合設(shè)計(jì)要求的空間范圍。同時(shí),通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真驗(yàn)證機(jī)械臂的工作范圍,以滿足各抓取和放置的作業(yè)范圍要求。
本文以工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽為例,將計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到智能物流搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,有效地提高了作品的設(shè)計(jì)效率。偏重于動(dòng)手能力的工科競(jìng)賽往往需要加工和制造實(shí)物參賽,在作品設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)可以提高設(shè)計(jì)效率,并降低設(shè)計(jì)成本。