馬 宏,尚騰蛟,田 陽,劉春東,3*
(1.河北建筑工程學院,河北 張家口 075000;2.張家口市智能機械技術創(chuàng)新中心,河北 張家口 075000;3.河北省機械基礎教學示范中心,河北 張家口 075000)
計算機虛擬仿真技術是隨著計算機發(fā)展起來的全新技術,具有逼真性、實時性和交互性等特征[1],在學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]。本文以全國工程實踐與創(chuàng)新能力大賽為例,應用計算機虛擬仿真技術設計物流搬運機器人,快速獲取最終設計方案。
要求機器人的外形尺寸不超過300×300×400(單位mm)的空間范圍。物料包絡在直徑為50 mm,高度為70 mm的圓柱形空間范圍內。物料放置在原料區(qū)物料架上,物料架設置上下兩層,每層放置3個,料架及物料放置如圖1所示。機器人搬運上述物料。
圖1 料架及物料放置
機器人運行至抓取工位后依次抓取上層的物料,之后機器人運行至粗加工區(qū)將物料依次放置在對應的色環(huán)內,再將粗加工區(qū)的物料依次抓取,運行至半成品區(qū),將料倉內物料按照任務要求再次放置色環(huán)內。作業(yè)地圖如圖2所示。
圖2 機器人搬運作業(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,機器人再次重復上述動作,將下層物料完成搬運。
選用SolidWorks作為本次虛擬仿真的軟件,設計機器人主體結構板尺寸為298×298 mm;選用直流電機與麥克納姆輪式結構作為驅動單元,同時將灰度傳感器、電路托板等結構通過計算機仿真技術進行結構仿真并完成虛擬裝配,如圖3所示。
圖3 機器人底盤虛擬仿真設計
根據物料形狀,機械爪上下兩支開合結構。選用可單獨水平運動的連桿式機械臂,結合抓取和放置工位的運行擺角,設計大臂和小臂的結構;進行虛擬仿真設計,并完成裝配,如圖4所示。
圖4 機械臂虛擬仿真設計
將上述設計完成底盤、機械爪和機械臂進行仿真裝配,完成整機裝配,如圖5所示。
圖5 機械人整機虛擬仿真設計
完成后進行機構和理性檢驗以及總體尺寸驗證,符合設計要求的空間范圍。同時,通過計算機運動仿真驗證機械臂的工作范圍,以滿足各抓取和放置的作業(yè)范圍要求。
本文以工程實踐與創(chuàng)新能力大賽為例,將計算機虛擬仿真技術應用到智能物流搬運機器人的結構設計中,有效地提高了作品的設計效率。偏重于動手能力的工科競賽往往需要加工和制造實物參賽,在作品設計過程中應用計算機虛擬仿真技術可以提高設計效率,并降低設計成本。