計算機虛擬仿真技術在學科競賽中應用
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摘要：文章將計算機仿真技術應用到學科競賽中，通過結構仿真驗證設計作品的整體尺寸等參數，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，結果表明計算機虛擬仿真技術可以有效地提高智能物流搬運機器人的設計效率。
0引言
計算機虛擬仿真技術是隨著計算機發展起來的全新技術，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，特別是在工科專業競賽中。[2]。本文以全國工程實踐與創新能力大賽為例，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。
1智能物流搬運機器人賽項的設計要求
要求機器人的外形尺寸不超過300×300×400（單位mm）的空間范圍。物料包絡在直徑為50mm，高度為70mm的圓柱形空間范圍內。物料放置在原料區物料架上，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。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將物料依次放置在對應的色環內，再將粗加工區的物料依次抓取，運行至半成品區，將料倉內物料按照任務要求再次放置色環內。作業地圖如圖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，機器人再次重復上述動作，將下層物料完成搬運。
2應用計算機仿真技術進行設計
2.1機器人底盤仿真設計選用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298×298mm；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。
2.2機械臂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
2.3機器人整機虛擬仿真設計
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。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范圍要求。
3結語
本文以工程實踐與創新能力大賽為例，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。
[參考文獻]
[1]張旭茗.虛擬仿真在礦冶工程材料實驗教學中的應用—評《材料力學實驗與創新設計》[J].礦冶工程，2020（2）：165.
[2]余江鴻，邱顯焱，湯迎紅.基于學科競賽的機械設計課程設計教學改革與實踐[J].機械設計，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科競賽的教學實踐與研究[J].無線互聯科技，2021（15）：120-121.
作者:馬宏 尚騰蛟 田陽 劉春東 單位:河北建筑工程學院 張家口市智能機械技術創新中心 河北省機械基礎教學示范中心
