计算机虚拟仿真技术在学科竞赛中应用

发布时间：2022-10-05 21:42 热度：

      文章将计算机仿真技术应用到学科竞赛中，通过结构仿真验证设计作品的整体尺寸等参数，通过运动仿真验证运动部件的极限运动位置是否满足目标要求，结果表明计算机虚拟仿真技术可以有效地提高智能物流搬运机器人的设计效率。

　　关键词：计算机；虚拟仿真；学科竞赛

　　0引言

　　计算机虚拟仿真技术是随着计算机发展起来的全新技术，具有逼真性、实时性和交互性等特征[1]，在学科竞赛中起到的作用也越来越重要，特别是在工科专业竞赛中。[2]。本文以全国工程实践与创新能力大赛为例，应用计算机虚拟仿真技术设计物流搬运机器人，快速获取最终设计方案。

　　1智能物流搬运机器人赛项的设计要求

　　要求机器人的外形尺寸不超过300×300×400（单位mm）的空间范围。物料包络在直径为50mm，高度为70mm的圆柱形空间范围内。物料放置在原料区物料架上，物料架设置上下两层，每层放置3个，料架及物料放置如图1所示。机器人搬运上述物料。机器人运行至抓取工位后依次抓取上层的物料，之后机器人运行至粗加工区将物料依次放置在对应的色环内，再将粗加工区的物料依次抓取，运行至半成品区，将料仓内物料按照任务要求再次放置色环内。作业地图如图2所示。以上即为上层物料的抓放要求。完成上层物料的抓放之后，机器人再次重复上述动作，将下层物料完成搬运。

　　2应用计算机仿真技术进行设计

　　2.1机器人底盘仿真设计选用SolidWorks作为本次虚拟仿真的软件，设计机器人主体结构板尺寸为298×298mm；选用直流电机与麦克纳姆轮式结构作为驱动单元，同时将灰度传感器、电路托板等结构通过计算机仿真技术进行结构仿真并完成虚拟装配，如图3所示。

　　2.2机械臂虚拟仿真设计根据物料形状，机械爪上下两支开合结构。选用可单独水平运动的连杆式机械臂，结合抓取和放置工位的运行摆角，设计大臂和小臂的结构；进行虚拟仿真设计，并完成装

　　2.3机器人整机虚拟仿真设计

　　将上述设计完成底盘、机械爪和机械臂进行仿真装配，完成整机装配，如图5所示。完成后进行机构和理性检验以及总体尺寸验证，符合设计要求的空间范围。同时，通过计算机运动仿真验证机械臂的工作范围，以满足各抓取和放置的作业范围要求。

　　3结语

　　本文以工程实践与创新能力大赛为例，将计算机虚拟仿真技术应用到智能物流搬运机器人的结构设计中，有效地提高了作品的设计效率。偏重于动手能力的工科竞赛往往需要加工和制造实物参赛，在作品设计过程中应用计算机虚拟仿真技术可以提高设计效率，并降低设计成本。

　　[参考文献]

　　[1]张旭茗.虚拟仿真在矿冶工程材料实验教学中的应用—评《材料力学实验与创新设计》[J].矿冶工程，2020（2）：165.

　　[2]余江鸿，邱显焱，汤迎红.基于学科竞赛的机械设计课程设计教学改革与实践[J].机械设计，2018（S2）：264-266.

　　[3]马宏，王占英，胡家宝，等.融合计算机虚拟实验和学科竞赛的教学实践与研究[J].无线互联科技，2021（15）：120-121.

　　作者:马宏 尚腾蛟 田阳 刘春东