馬 宏，尚騰蛟，田 陽，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）

0 引言

計算機(jī)虛擬仿真技術(shù)是隨著計算機(jī)發(fā)展起來的全新技術(shù)，具有逼真性、實(shí)時性和交互性等特征[1]，在學(xué)科競賽中起到的作用也越來越重要，特別是在工科專業(yè)競賽中。[2]。本文以全國工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽為例，應(yīng)用計算機(jī)虛擬仿真技術(shù)設(shè)計物流搬運(yùn)機(jī)器人，快速獲取最終設(shè)計方案。

1 智能物流搬運(yùn)機(jī)器人賽項(xiàng)的設(shè)計要求

要求機(jī)器人的外形尺寸不超過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，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)上述動作，將下層物料完成搬運(yùn)。

2 應(yīng)用計算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行設(shè)計

2.1 機(jī)器人底盤仿真設(shè)計

選用SolidWorks作為本次虛擬仿真的軟件，設(shè)計機(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)動單元，同時將灰度傳感器、電路托板等結(jié)構(gòu)通過計算機(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)器人底盤虛擬仿真設(shè)計

2.2 機(jī)械臂虛擬仿真設(shè)計

根據(jù)物料形狀，機(jī)械爪上下兩支開合結(jié)構(gòu)。選用可單獨(dú)水平運(yùn)動的連桿式機(jī)械臂，結(jié)合抓取和放置工位的運(yùn)行擺角，設(shè)計大臂和小臂的結(jié)構(gòu)；進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計，并完成裝配，如圖4所示。

圖4 機(jī)械臂虛擬仿真設(shè)計

2.3 機(jī)器人整機(jī)虛擬仿真設(shè)計

將上述設(shè)計完成底盤、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

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)計要求的空間范圍。同時，通過計算機(jī)運(yùn)動仿真驗(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。

3 結(jié)語

本文以工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力大賽為例，將計算機(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)計中，有效地提高了作品的設(shè)計效率。偏重于動手能力的工科競賽往往需要加工和制造實(shí)物參賽，在作品設(shè)計過程中應(yīng)用計算機(jī)虛擬仿真技術(shù)可以提高設(shè)計效率，并降低設(shè)計成本。