計算機虛擬仿真技術在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃中的應用與實踐

尚騰蛟，馬 宏，2，3，張 涵，李超逸*

(1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000；2.張家口市智能機械技術創(chuàng)新中心, 河北 張家口 075000；3.河北省機械基礎教學示范中心，河北 張家口 075000)

0 引言

計算機虛擬仿真技術是隨著計算機發(fā)展起來的全新技術，具有準確性、真實性等特征。近年來，特別是在工科學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃中創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃中起到的作用也越來越重要。本文以大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃為例，應用計算機虛擬仿真技術設計環(huán)保噴灑設備，快速獲取最終設計方案。

1 噴灑設備的設計要求

在建筑施工過程中，容易產(chǎn)生大量粉塵?，F(xiàn)有技術中常采用霧化噴淋設備對建筑施工周圍進行降塵，然而，現(xiàn)有的建筑施工用噴灑裝置結構簡單，噴頭大多不能調節(jié)高度，這造成施工現(xiàn)場噴淋降塵后，高層的灰塵下降，需要在同一地點反復噴淋降塵，少數(shù)噴灑裝置噴頭高度可調，但噴灑水管較長，容易堆積纏繞。

該環(huán)保噴灑設備主要解決在不同地點、不同高度的噴灑，通過遠程控制步進電機使麥克納姆輪到需要完成任務的地方執(zhí)行任務。噴灑設備上方藍色示意圖為水霧在定點的固定范圍，如圖1所示。

圖1 噴灑設備噴灑水霧范圍

2 應用計算機仿真技術進行設計

2.1 噴灑設備底盤仿真設計

選用SolidWorks作為本次虛擬仿真的軟件，設計噴灑設備底板主體結構板尺寸為400毫米×400毫米；選用步進電機與麥克納姆輪式結構作為驅動單元，同時將水箱、電路托板其他零件安裝位置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2 所示。

圖2 噴灑設備底盤虛擬仿真設計

2.2 噴灑設備伸縮桿仿真設計

根據(jù)不同的噴灑高度設計伸縮桿和旋轉噴頭的結構；伸縮桿底部舵機與齒輪通過法蘭盤進行連接，齒輪再與齒條嚙合，齒條與伸縮桿內桿固定，通過進行虛擬仿真設計，并完成裝配，如圖3所示。

圖3 伸縮桿

由于在噴灑環(huán)節(jié)需要通過旋轉達到全方位覆蓋，將齒輪固定在三通中間部位再通過舵機連接的齒輪與三通上的齒輪進行嚙合，所以通過虛擬仿真設計，并完成裝配，如圖 4 所示。

圖4 旋轉三通

麥克納姆輪依靠各自機輪的方向和速度，這些力的最終合成在任何要求的方向上產(chǎn)生一個合力矢量，從而保證了這個平臺在最終的合力矢量的方向上能自由地移動，而不改變機輪自身的方向。在它的輪緣上斜向分布著許多小滾子，故輪子可以橫向滑移。小滾子的母線很特殊，當輪子繞著固定的輪心軸轉動時，各個小滾子的包絡線為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)地向前滾動。麥克納姆輪結構緊湊，運動靈活，是很成功的一種全方位輪。有4個這種新型輪子進行組合，可以更靈活方便地實現(xiàn)全方位移動功能，如圖5所示。

圖5 麥克納姆輪

2.3 機器人整機仿真設計

將上述設計完成噴灑設備、伸縮桿和旋轉三通進行仿真裝配，完成整機裝配，如圖6所示。

圖6 整機裝配

產(chǎn)品都是由若干個零件和部件組成的。按照規(guī)定的技術要求，將若干個零件接合成部件或將若干個零件和部件接合成產(chǎn)品的勞動過程，稱為裝配。通過裝配之后，在某一位置固定好后在設定的高度進行工作，該白色范圍所在區(qū)域為在已設定高度的噴灑范圍示意圖，如圖7所示。

圖7 噴灑設備噴灑范圍示意

仿真設計圖完成后進行機構合理性檢驗和總體尺寸驗證，符合設計要求的空間范圍。同時，通過計算機運動仿真計算伸縮桿的工作范圍以滿足各不同高度噴灑的要求。

3 結語

本文以大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃為例，將計算機虛擬仿真技術應用到噴灑設備的結構設計過程中，在噴灑設備結構方面進行應用，有效提高了作品的設計效率。通過大量的市場調查，目前在國內市場，對于此類產(chǎn)品需求量大，特別是現(xiàn)在正是綠色建筑的初始階段，該項目在綠色建筑方面有著極其重要的作用。其涉及的各個領域都有很大的發(fā)展空間。針對該機算計仿真的應用驗證技術及其未來后續(xù)應用發(fā)展前景對其進行一定的數(shù)據(jù)分析進行驗證技術研究顯然已經(jīng)是非常重要，具有技術現(xiàn)實的意義，能夠為其未來后續(xù)應用發(fā)展打下基礎，其勢必將后續(xù)發(fā)展成為各大生命科學研究領域至關重要的組成部分，擁有舉足輕重的技術主導作用?？梢詰{借這一方面的市場空白來對此類產(chǎn)品進行設計研發(fā)并逐步推向市場。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。