使用 VEXplorer 系統(tǒng)等機(jī)器人設(shè)計套件無疑有助于構(gòu)造和裝配機(jī)器人。然而，如果只憑人力來構(gòu)思，即使只是構(gòu)想比較簡單的機(jī)器人系統(tǒng)，也是一件冗長乏味、絞盡腦汁的事情。就算對于最具想象力的工程師來說，在頭腦中構(gòu)思細(xì)節(jié)、方位、外殼和間距，也是具有很大的挑戰(zhàn)。所以，必須使用 2D 工程圖和 3D CAD 模型來直觀地表示機(jī)器人設(shè)計。

不管是學(xué)生、愛好者還是以競賽為目的的機(jī)器人團(tuán)隊，都可使用 VEXplorer 系統(tǒng)來構(gòu)思并建立各種各樣的機(jī)器人應(yīng)用，這只受物理規(guī)則和想象力的限制。所以，理解 3D 建模的基本概念對于有效地開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)非常重要。3D CAD 為機(jī)器人設(shè)計師插上了想象的翅膀，為其提供視覺線索和參考點(diǎn)，助其將想法轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實。

組織通過使用 CAD 建模技術(shù)，可以在機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計、制造和競爭方面持續(xù)取得成功。VEXplorer 系統(tǒng)附帶提供 SolidWorks? 的 150 天學(xué)生設(shè)計套件，此套件每天都幫助全球機(jī)器人工業(yè)的工程師構(gòu)建成熟的產(chǎn)品。有關(guān)使用 SolidWorks 的 3D 建模技術(shù)進(jìn)行 VEX 機(jī)器人開發(fā)的免費(fèi)概述和詳細(xì)的逐步說明可在 www.solidworks.com/VEX 找到。

3D 建模包括三種基本文檔：

1. 零件圖 – 各個設(shè)計部件的 3D 表示
2. 裝配圖 – 零件和/或其它裝配體的 3D 排布
3. 工程圖 – 2D 工程圖，通常用來表示零件或裝配體

這些文檔都有助于機(jī)器人系統(tǒng)的總體設(shè)計。對于機(jī)器人設(shè)計人員來說，無論年齡和技能水平如何，只要理解了使用 Solidworks 進(jìn)行 3D 實體建模的基本概念并掌握和運(yùn)用后文中的 14 條技巧，都可為構(gòu)建極富獲獎競爭力的復(fù)雜、創(chuàng)新性機(jī)器人設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

技巧 1 – 利用 web 數(shù)據(jù)庫中的模型。

不管是為了生產(chǎn)還是競賽，對于機(jī)器人設(shè)計來說，時間都是一項重要因素。他山之石，可以攻玉，構(gòu)建自己的機(jī)器人設(shè)計系統(tǒng)模型的最高效方法之一就是從在線設(shè)計數(shù)據(jù)庫中獲取 3D 模型。3DContentCentral (www.3dcontentcentral.com) 是一個基于 web 的設(shè)計數(shù)據(jù)庫，它包含領(lǐng)先制造商提供的數(shù)以百萬計的零部件，文件格式多種多樣。您可以下載氣動系統(tǒng)、馬達(dá)、齒輪以及幾乎您可想到的任何機(jī)械和電氣零部件的精確 CAD 模型。文件格式包括 SolidWorks、IGES、Inventor?、Pro/ENGINEER?、STEP 和 DWG 等等。例如，您可根據(jù)所需的沖程、壓強(qiáng)、力和各種選項來配置并下載 SMC 氣缸模型。又如，您在 VEX 機(jī)器人競賽中無需自行構(gòu)建輪子模型，而可以從 3DContentCentral 獲取模型文件。用戶數(shù)據(jù)庫區(qū)域以七種語言提供，并包括全球設(shè)計用戶群提供的共享模型。


技巧 2 – 理解零件方位。

零件由特征構(gòu)成，特征在草圖中建立。為了理解零件在空間中的方位，您必須理解前基準(zhǔn)面、上基準(zhǔn)面和右基準(zhǔn)面的位置。一旦選定了草圖平面，即確定了零件方位。例如，圖中的 VEX 軸在前基準(zhǔn)面中由一個 2D 方形草圖構(gòu)成，如果選擇右基準(zhǔn)面或上基準(zhǔn)面作為草圖平面，則圖形窗口中的零件方位均會不同。

前基準(zhǔn)面

右基準(zhǔn)面

上基準(zhǔn)面
草圖平面確定了方位。

技巧 3 – 在草圖中使用對稱。

矩形草圖工具用于創(chuàng)建 VEX 軸的輪廓。在機(jī)器人設(shè)計中，您會希望零件具有對稱性。原點(diǎn)代表前基準(zhǔn)面、上基準(zhǔn)面和右基準(zhǔn)面的交點(diǎn)。簡單的矩形草圖可從原點(diǎn)開始繪制，但是，如果您將原點(diǎn)置于草圖中心，則草圖將保持關(guān)于上基準(zhǔn)面和右基準(zhǔn)面對稱。在矩形的兩個頂點(diǎn)間連接一條輔助線，并在原點(diǎn)和該中心線間建立中點(diǎn)關(guān)系，將可確保矩形始終對稱。


技巧 4 – 在標(biāo)注尺寸前插入幾何關(guān)系。

在 SolidWorks 軟件中，草圖實體和模型幾何體之間的關(guān)系對于定義行為并在 2D 和 3D 草圖中保持設(shè)計意圖非常重要。幾何關(guān)系（水平、豎直、平行、垂直、相等、同心、共線、等徑、相切和固定）用于約束各個草圖實體并與現(xiàn)有的面、邊和參考幾何體形成關(guān)系。矩形草圖工具包含兩項平行關(guān)系和兩項垂直關(guān)系。中心線用于與原點(diǎn)形成中點(diǎn)關(guān)系。因為 VEX 軸是由方形鋁錠制成的，所以通過相等關(guān)系來代表物理形狀。如果要更改鋁錠尺寸，則使用一個尺寸來控制方形草圖的總體尺寸。小寫符號用于表示關(guān)系，您可通過選擇 View（視圖）> Sketch Relations（草圖關(guān)系）來顯示這些符號。對于機(jī)加工零件，軟件會將這些零件顯示為黑色，您應(yīng)該為這些零件徹底定義草圖。將尺寸放在輪廓外可節(jié)省在 2D 工程圖中放置尺寸的步驟。

草圖塊可用于對草圖實體進(jìn)行智能組合，并有助于創(chuàng)建機(jī)器人機(jī)構(gòu)的 2D 布局。高級草圖關(guān)系可用于在 2D 草圖中模擬齒輪、凸輪和皮帶/鏈條的運(yùn)動。


技巧 5 – 創(chuàng)建關(guān)于草圖平面對稱的特征。

創(chuàng)建對稱特征可節(jié)省以后建立特征以及形成裝配體的時間。例如，您可通過使用對稱關(guān)系并指定距離來將齒輪靈活地定位在 VEX 軸的中部或端部。若要為設(shè)計中的這種未來行為作準(zhǔn)備，最好使 VEX 軸關(guān)于草圖平面對稱。Extrude Boss/Base（拉伸凸臺/基體）特征中的 Mid Plane（中面）選項用于將 2D 草圖垂直于草圖平面并在兩側(cè)伸出相等的距離。

技巧 6 – 使用參考幾何體和參考平面

參考幾何體（例如平面、軸和坐標(biāo)系）有助于創(chuàng)建特征和裝配部件。方形 VEX 軸與圓柱形齒輪裝配在一起，在 VEX 軸中心插入一個參考軸后，即可使方形部件與圓柱形部件同心配合。在齒輪中心插入一個參考平面，即可定位輪齒中心，從而在裝配體中對齊多個齒輪。


技巧 7 – 在零件中定義智能屬性