本書以SolidWorks為設計平臺,介紹了7個機器人相關工作站的三維設計與仿真項目。項目一介紹SolidWorks的基本概況,包括軟件安裝、界面認知和各功能塊的使用等,項目二介紹二維草圖的繪制,項目三介紹工業(yè)機器人本體建模的思路、原理和步驟,項目四在項目三基礎上對機器人本體進行裝配,項目五介紹了機器人末端工具的設計與安裝,項目六以前期機器人本體為載體,介紹了外圍工作站的設計方法和過程,項目七介紹了工業(yè)機器人的運動仿真。各章節(jié)要素齊全、邏輯清晰、內容充實。本書適合普通本科機器人工程、智能制造工程、自動化、機械電子工程、電氣及其自動化工程等相關專業(yè)學生作為教材使用,也可供高等職業(yè)院校工業(yè)機器人技術、機電一體化技術等專業(yè)師生學習,還可供從事工業(yè)機器人應用開發(fā)、調試與現(xiàn)場維護的工程師閱讀參考。
1.在原有機械制圖和二維設計基礎上,打造以機器人典型工作站為特色章節(jié),結合智能制造產線,實現(xiàn)了理、實、虛一體化教學;2.首次以機器人工作站和智能制造產線為應用對象,通過項目式教學方式突破教學重難點;3.市場上暫無與機器人設計相關專業(yè)的應用型教材,既可以作為本科生(含應用型本科)開展教科研學習資源,又可作為高職院校學生獲取機器人工作站三維設計核心技術技能。
近年來,隨著中國制造2025和德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略穩(wěn)步推進,我國機器人技術產業(yè)如雨后春筍般呈現(xiàn)爆發(fā)式增長,推動了工業(yè)產業(yè)智能升級和制造業(yè)高質量發(fā)展的進程,已成為全球新一輪科技和產業(yè)革命的重要切入點。同時,隨著每年高等教育新工科專業(yè)的設立,機器人相關專業(yè)課程建設也迎來良好契機,不僅包括機器人工程、智能制造工程和機械工程等本科專業(yè),還包括工業(yè)機器人技術和智能制造技術等專科專業(yè)。本書正是在此背景下組織編寫的,極大地改善了高校開展機器人及應用生產線的設計參考資料的資源庫,服務各相關專業(yè)制定合適的機器人人才培養(yǎng)方案和學科建設規(guī)劃。本書共包括7個機器人相關工作站三維設計與仿真項目,項目一介紹SolidWorks的基本概況,包括軟件安裝、界面認知和各功能塊的使用等,項目二介紹二維草圖的繪制,項目三介紹工業(yè)機器人本體建模的思路、原理和步驟,項目四在項目三基礎上對機器人本體進行裝配,項目五介紹了機器人末端工具的設計與安裝,項目六以前期機器人本體為載體,介紹了外圍工作站的設計方法和過程,項目七介紹了工業(yè)機器人的運動仿真。各章節(jié)要素齊全、邏輯清晰、內容充實。本書獲得了武昌工學院的教材立項,其主要特色如下:(1)理實虛一體化,知行合一。通過本書的學習,學生不僅可以把機器人技術理論中抽象的工業(yè)場景轉化為三維實體,在真實的機器人設計平臺中進行設計,而且可以在虛擬的SolidWorks環(huán)境中,利用3D結構的物理仿真和3D可視化窗口觀察設計效果。這樣的設計方式能夠激發(fā)學生的興趣,培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力,為在新工科背景下提高機器人工程人才質量奠定基礎。(2)采用SolidWorks模塊化的建模方式,設計的結構具有很強的通用性。本書引導學生在解決一個復雜系統(tǒng)問題時,自外向內逐層把系統(tǒng)結構劃分成若干模塊,每個模塊實現(xiàn)一個特定的設計功能,所有的模塊按某種方法組裝起來,成為一個機器人整體。(3)本書中的設計大部分按照機器人設計原理、設計內容、注意事項的結構進行編寫,每個設計均提供配套源代碼和設計報告模板。課上老師講解設計原理和設計內容,并提供結構設計和仿真設計多個SolidWorks模型。結構設計要求學生將理論轉化為SolidWorks指令,仿真設計以小組為單位,將仿真設計的程序移植到平臺上,對比設計結果。學生可直接在電子版的設計報告上填寫設計過程的實現(xiàn)和設計結果的分析等相關內容。(4)遵循階梯式的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。本書中的設計由淺到深,從機器人基礎草圖的設計、機器人本體結構設計、機器人工作站系統(tǒng)設計到機器人系統(tǒng)仿真,逐漸深化知識體系、固化學習效果,不斷激發(fā)學習熱情,充實學習者的獲得感。機器人工作站三維仿真設計本書由武昌工學院梅志敏、張融和武昌首義學院李碩擔任主編,由武昌工學院李家偉、文華學院陳艷、武漢商學院陳鑫和武漢東湖學院熊穎清擔任副主編。其中,項目一由梅志敏編寫,項目二由張融編寫,項目三由李碩編寫,項目四由陳艷編寫,項目五由陳鑫編寫,項目六由熊穎清編寫,項目七由舒慧編寫。他們都來自機器人專業(yè)教學一線,具有豐富的機器人工作站應用經驗。本書結合其所從事的教學與多年行業(yè)工作經驗,借鑒國內外同行*新研究成果,為滿足新時期應用型本科教育機器人專業(yè)教學改革與發(fā)展的具體要求而編寫。本書配有PPT、機器人相關設計的源文件、習題等資源,以二維碼形式供讀者參考學習。本書適合作為機器人相關專業(yè)的教材,也可供機器人技術應用崗位的工程技術人員參考。本書在編寫過程中獲得了各兄弟院校(編委會成員所在院校)的大力支持,在此一并致謝。由于時間有限,書中難免存在不足之處,請廣大讀者批評指正。編者2021年6月
梅志敏,男,湖北省技術能手,中共黨員,講師,碩士研究生學歷,現(xiàn)任武昌工學院機械工程學院機器人工程系主任。主要研究方向為機器人視覺應用與系統(tǒng)集成。1.主講課程《機器人機器視覺技術》、《移動機器人技術》、《工業(yè)機器人操作與編程》、《機器人工程仿真》、《機器人工作站三維仿真設計》、《生產過程自動化技術》和《工業(yè)機器人系統(tǒng)集成》等。2.科研成果及獎項作者在《華中農業(yè)大學學報》等期刊上發(fā)表論文10余篇,授權國家專利10余項,主持湖北省教育廳科學技術研究計劃指導性項目、湖北省教育科學規(guī)劃課題項目、中國職業(yè)技術教育學會教研項目和校級教研、科研等項目各1項,負責教育部創(chuàng)新發(fā)展行動計劃項目立項。指導學生獲批*大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目1項。指導學生獲獎3次。
項目一SolidWorks與工業(yè)機器人1
1.1SolidWorks介紹1
1.2SolidWorks工作界面、環(huán)境設置和基本操作9
1.3SolidWorks與工業(yè)機器人15
習題一17
項目二二維草圖繪制18
2.1草圖界面18
2.2草圖繪制案例22
習題二27
項目三工業(yè)機器人本體建模29
3.1機器人軸的建模29
3.2機器人底座的建模81
3.3機器人夾具的建模95
3.4其他零件的繪制104
習題三113
項目四工業(yè)機器人本體裝配115
4.1SolidWorks裝配概述115
4.2裝配環(huán)境中的工具欄及下拉菜單116
4.3六軸工業(yè)機器人裝配129
習題四136
項目五工業(yè)機器人末端(夾爪)設計138
5.1機器人末端工具分類138
5.2機器人末端夾爪設計141
5.3碼垛機器人末端夾爪裝配196
習題五223
項目六機器人系統(tǒng)工作站設計224
6.1工作站零部件設計224
6.2機器人工作站總體裝配249
習題六253
項目七工業(yè)機器人運動仿真255
7.1SOLIDWORKS Motion運動仿真模塊255
7.2驅動運動設計257
7.3Motion運動仿真實例一千斤頂261
7.4Motion運動仿真實例二飛機起落架264
7.5Motion運動仿真實例三六軸工業(yè)機器人275
習題七280
參考文獻281