劉城市 樸鋒愛
(1.延邊大學工學院機械工程系,吉林 延吉 133002;2.延邊大學,吉林 延吉 133002)
目前,仿生機器人比賽非常熱門。賽事富有挑戰性,鍛煉大學生的腦力和動手能力。其包含復雜的動力學系統,涉及機械、電子、仿生、材料,智能等領域,是一門綜合性極強的前沿交叉學科,所以,機器人研究是科研的熱點方向。在3D打印技術日趨先進的今天,其應用已經遍布工業設計、智能制造、建筑、醫學、汽車、教育、文化等領域。本文介紹了使用ABS的3D打印技術在一種四足機器人制作中的應用。使讀者了解到機器人部分結構的三維建模、3D打印、裝配等過程,進一步認識3D打印技術的應用。
3D打印使用的原料是金屬粉末、砂、塑料、陶瓷等,將電腦建立的三維模型輸入到3D打印機里后,打印機會對模型進行切片分層,在一定溫度下,設置好打印機的各種參數后,打印機把打印材料層層堆疊起來,冷卻后最終將三維模型變成實物。簡而言之,3D打印機就是可以打印出實物的設備。這里我所使用的是一種擠壓熔融沉積式(FDM)3D打印機??紤]到機器人的受力情況,在打印耗材上選擇低密度、高強度、韌性高的ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)進行打印。
圖1 建立CATIA三維模型
機器人設計的初衷是使其具有自主越過一定障礙的能力,所以對機器人各受力部件的剛性、尺寸、運動幅度等進行了一定計算,在滿足其成功裝配、靈活性和通過性的條件下,我使用達索公司的三維建模軟件CATIA V5R20進行了模型的三維設計。
第一,將在CATIA軟件中建立的零件模型另存為stl文件保存,使用3D打印機配套的切片打印軟件打開stl文件。
第二,因為在空間允許的情況下,3D打印機一次可打印多個實體,所以這里我們將小尺寸的零件全部載入到打印界面,載入后可按數量要求進行復制。
第三,在模擬打印平臺上調整好各個零件的位置與角度,使打印塑料纖維方向與零件受力方向一致,以保證零件的使用效果,且盡量使預設支持最小化,以保證打印質量與節省耗材。
第四,使用軟件自動檢驗并修復模型。
第五,對零件模型進行切片分層處理。
第六,將電腦連接到打印機。
第七,初始化打印機,使打印平臺在Z軸上移動到初始位置。
第八,當打印機噴嘴和熱床預熱到設定溫度后,開始打印。
圖2 零件模型保存為stl文件
把打印完成的零件進行后期處理,包括修平、磨光等。然后按照步驟進行機器人所需部位的裝配即可。
圖3 機器人裝配圖
在這些零部件的制作中利用了3D打印技術的設計即實現的模塊化設計方法,進行了一些機器人尺寸及受力計算,通過自己動手,自己設計建立模型,實際操作打印的過程,最終制作出符合的零件進行裝配。我了解了3D打印的原理,訓練了自己動手裝配的能力,為以后解決更高難度工程問題奠定了一定基礎。