計算機虛擬仿真技術(shù)在學(xué)科競賽中應(yīng)用
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摘要：文章將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用到學(xué)科競賽中，通過結(jié)構(gòu)仿真驗證設(shè)計作品的整體尺寸等參數(shù)，通過運動仿真驗證運動部件的極限運動位置是否滿足目標要求，結(jié)果表明計算機虛擬仿真技術(shù)可以有效地提高智能物流搬運機器人的設(shè)計效率。
0引言
計算機虛擬仿真技術(shù)是隨著計算機發(fā)展起來的全新技術(shù)，具有逼真性、實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]。本文以全國工程實踐與創(chuàng)新能力大賽為例，應(yīng)用計算機虛擬仿真技術(shù)設(shè)計物流搬運機器人，快速獲取最終設(shè)計方案。
1智能物流搬運機器人賽項的設(shè)計要求
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(luò)在直徑為50mm，高度為70mm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。機器人搬運上述物料。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(yīng)的色環(huán)內(nèi)，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(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。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(fù)上述動作，將下層物料完成搬運。
2應(yīng)用計算機仿真技術(shù)進行設(shè)計
2.1機器人底盤仿真設(shè)計選用SolidWorks作為本次虛擬仿真的軟件，設(shè)計機器人主體結(jié)構(gòu)板尺寸為298×298mm；選用直流電機與麥克納姆輪式結(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)通過計算機仿真技術(shù)進行結(jié)構(gòu)仿真并完成虛擬裝配，如圖3所示。
2.2機械臂虛擬仿真設(shè)計根據(jù)物料形狀，機械爪上下兩支開合結(jié)構(gòu)。選用可單獨水平運動的連桿式機械臂，結(jié)合抓取和放置工位的運行擺角，設(shè)計大臂和小臂的結(jié)構(gòu)；進行虛擬仿真設(shè)計，并完成裝
2.3機器人整機虛擬仿真設(shè)計
將上述設(shè)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。完成后進行機構(gòu)和理性檢驗以及總體尺寸驗證，符合設(shè)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。
3結(jié)語
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(shù)應(yīng)用到智能物流搬運機器人的結(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物參賽，在作品設(shè)計過程中應(yīng)用計算機虛擬仿真技術(shù)可以提高設(shè)計效率，并降低設(shè)計成本。
[參考文獻]
[1]張旭茗.虛擬仿真在礦冶工程材料實驗教學(xué)中的應(yīng)用—評《材料力學(xué)實驗與創(chuàng)新設(shè)計》[J].礦冶工程，2020（2）：165.
[2]余江鴻，邱顯焱，湯迎紅.基于學(xué)科競賽的機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)改革與實踐[J].機械設(shè)計，2018（S2）：264-266.
[3]馬宏，王占英，胡家寶，等.融合計算機虛擬實驗和學(xué)科競賽的教學(xué)實踐與研究[J].無線互聯(lián)科技，2021（15）：120-121.
作者:馬宏 尚騰蛟 田陽 劉春東 單位:河北建筑工程學(xué)院 張家口市智能機械技術(shù)創(chuàng)新中心 河北省機械基礎(chǔ)教學(xué)示范中心
