原创《计算机辅助设计在大学生设计中的作用探析》
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（陕西科技大学机电工程学院,陕西西安710021）
摘 要：为提高学生的创新设计能力,利用solidworks软件开发了教育机器人模型零件数据库及数据管理系统,实现了可视化数据管理和三维模型的调用；在大学生创新设计中,利用教育机器人的模块化设计原理,在计算机上设计了立体仓库的高位叉车模型并进行了实际模型的搭建,结果表明该三维设计及仿真平台具有很好的效果,使学生的创新设计能力得到了提高.
关键词：教育机器人；零件库；计算机辅助设计
中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）07-0258-02
一、引言
教育机器人是一类以工业标准的模块化的机械、电气基本构件为基本组合模块,辅以传感器、控制器、执行器和控制软件的配合的机器人系统,是简易、快速的积木拼装为主要组装方式的模块机器人,为高校实验教学、创新设计的可行性论证提供了可能.目前国内常见应用广泛的教育机器人有德国慧鱼公司的fischer机器人及丹麦乐高公司的LEGO机器人.教育机器人产品种类繁多但昂贵,高校购买数量有限,学生创新设计中方案不断修改,模型占用时间较长,为使更多的学生能使用教育机器人进行创新设计,本文以德国慧鱼公司的fischer教育机器人为基础,建立了一种集三维设计、动态仿真为一体的计算机辅助设计及仿真平台,可以让更多的大学生在创新设计中应用教育机器人验证设计方案.
二、模型数据库的建立
高质量的三维几何模型是实施计算机辅助设计及运动仿真的基础.由于设计及仿真平台包括了设计、装配、仿真等多个过程,每个阶段需要调用的模型有所不同,所以需要建立对应的数据库.在对上千个构件在分类、规整的基础上,进行了测绘及三维建模,建立一个三维立体的零件模型数据库.同时建立慧鱼提供的已有装配形式的各种机械装配体和创新设计装配体数据库,供设计和仿真时参考.零件数据库的主体是基础构件,建立三维模型选用Solidworks软件.在零件的实体建模阶段,生成一个特征的方法有多种,实体基本特征的建模方法一般可归纳为以下几种：（1 ）由基本体产生标准几何体特征（如四方体、圆柱、圆锥、球等基本特征）；（2 ）由满足约束条件的截面轮廓二维草图经过拉伸旋转生成三维特征；（3 ） 由曲线或二维图形沿所给扫描、放样生成曲实体特征；（4 ）结合以上三种方法,利用三维实体特征间的布尔运算生成新的实体.建模工作过程中,简单的基本特征可能通过以上任意一种方法就可以完成,但复杂特征,一般需要以上几种方法的结合才能完成.为方便零件的管理和调用,如图1所示零件建好模型后按照慧鱼产品的原始编号命名保存,方便设计者通过可视化界面直接调用零件并对零件进行调整.
三、计算机辅助设计实例
随着互联网销售的快速发展,对仓储和物流要求更高,利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化、存取自动化,高位叉车的应用也越来越广泛.大学生在创新项目设计新型高位叉车,设计方案拟采用后轮驱动,两个后轮分别使用一个直流双向电机驱动,调制两个轮子的转速从而达到控制转向的目的.设计中高位叉车的第一级升降用齿轮齿条传动,第二级升降采用蜗轮蜗杆的传动方式.为验证设计方案的可行性,拟先用教育机器人进行模型搭建.搭建实际模型需要的慧鱼模型零件很多,且方案设计中需要不断的调整零件,会长时间占用慧鱼零件模型,为了让有限的零件被更多学生使用,在进行模型搭建之前,在计算机中调用三维零件模型库的文件,进行局部部件的虚拟装配,然后进行大部件和整机的装配及运动仿真,可以提高设计速度.如图2所示为高位叉车车身部件虚拟装配,图3所示为升降系统虚拟装配方案.将部件按照设计方案进行预装配后,如图4所示,完成叉车整体的三维虚拟装配模型,并对装配模型实行动力设置,仿真叉车的轨迹运行,验证设计方案的正确性.
四、教育机器人模型搭建验证
在完成计算机辅助设计及运动仿真后,按照设计方案,调用系统中的模型零件文件,列出模型零件名称查找对应的模型零件,实现对高位叉车用教育机器人进行模型搭建验证.如图5（a）（b ）所示为教育机器人实物搭建的升降系统装配结构,实物搭建后,高位叉车的运动与虚拟系统运动一致,达到设计的功能.
五、结论
在大学生创新设计过程中,从最初的方案到最终的模型,以教育机器人为平台,利用了三维计算机辅助设计系统,借助三维零件库在计算机中预先模拟装配了各部件,实现了高位叉车的模块化设计.然后再利用实物模型进行搭建,将每个动作对应方案进行整合,验证设计功能和动作,从而实现作品的最终优化设计,在教育机器人模型数量有限的情况下,使学生的创造力得到了充分发挥,创新能力得到了提高.
大学生创新论文参考资料：
该文汇总：这篇文章为适合不知如何写计算机辅助设计和作用探析和创新方面的大学生创新专业大学硕士和本科毕业论文以及关于大学生创新论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料。
