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机器人瓦力3D打印教程
2014年07月18日 3D打印教程 暂无评论 ⁄ 被围观 2,248 views+

曾元辰 黄馨颖 王一潇

浙江大学 机械工程学系

1.概述

我们设计制作的是一个具有机器人结构的卡通形象,机器人总动员的主人公——瓦力。最后设计出的产品是一个头部具有1个旋转自由度,手臂具有手的张开与闭合、手臂的前后摆动2个自由度,身体具有前进后退1个自由度的无动力简易机器人。我们产品的很大一个特点是零部件较多,有6个边盖板、1根脖子的套筒、1个眼睛、2个臂、2只手以及相应各种配件,且绝大多数零部件是使用SolidWorks或AutoCAD自主设计。而且我们设计了铰接、插销等多种连接方式,以使机器人能够做简单运动。我们产品的另一个特点是它漂亮的外形设计和颜色搭配,深受大家的欢迎和喜爱。

以下为成品照片:

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2.制作步骤

(1)确定需要反求的产品

我们小组经过兴趣与讨论,确定了需要创作的为电影《机器人总动员》中的机器人——瓦力(见右图)。

(2)选择合适的方式进行建模

常见的反求建模方式有:三维扫描(应用仪器:三坐标测量机,本实验中心采用较为方便的白光扫描机,并配合使用相应的软件进行处理);测绘建模(配合使用相关软件,如solidworks,UG,autoCAD等)。

我们小组所做的瓦力机器人没有相应实物可以扫描,因此选择根据图片和实际需要确定尺寸,最终采用solidworks和autoCAD联合进行建模。在形象上也进行了一定的简化改造,并非完全的复制。

(3)选择方法并制作

加工实物时可以根据实物的特点选择不同的反求方法,本次实习采用的方式主要为三维打印。我们小组将机器人设计为多片零件拼装的方式,方便打印和提高进度。实际中也可以发现三维打印具有方便实施的优越性。

(4)成品拼装与加工

用打印好的部件拼装就可以完成最终的成品,根据功能要求还可以加上驱动等以实现更复杂的功能与效果。

3.身体部分总结

(1)建模方式

最早我们使用软件直接绘制模型,打算直接画出整个立方体然后打印,后来考虑到直接打印立方体将设计复杂的支撑结构,浪费材料且耗费打印时间,因此我们后改为板材分片打印,这样节省了时间,也节省了材料。

但在拼装过程中也发现,我们在涉及板材时全设计成了一样大小,导致拼成的立方体在接口处有一些缝隙和误差。同样的问题还出现在胶结的地方,我们制作的孔尺寸与销钉不能很好的配合。这告诉我们在做设计时要做好余量,充分考虑工程实际。同时,后来我们反思,其实边盖板采用拼装的方式,比胶结方式更牢固、精确、稳定。

(2)行走和驱动方式

本来我们打算使用电机驱动机器人向前运动,并且为电池、电机和齿轮预留了安装空间,但由于制作时间和精力的限制,我们最后未能完成驱动和传动的设计。其实,我们做的只是一个机器人简单的外形,但可以发展的空间很大,如果时间和精力允许,我们的产品可以进一步优化设计,安装驱动电机和控制系统,并且添加多个自由度,从而制作成真正的机器人。

(3)打印方式

这次实习,我们学会了3D打印的操作,虽然不难,但也有很多有技巧对的地方,打印的快慢和质量跟零件的摆放方式、零件的大小、堆叠的厚度、是否非实体模型、是否支撑结构等密切相关。通过多次使用打印机,我们不仅操作更加熟练了,而且对3D打印的原理和性能有了更好的了解。

4.手臂部分

对于机器人瓦力的手臂,我们将其拆分成四个零件,逐一进行建模、制作,其中为了使得所有的孔都能有类似的螺钉固定,所有的位置都使用了3mm直径的孔,四个零件配合后的装配图如下:

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最后由于打印机的精度以及填充的缘故,末尾的关节处出现了问题,经过了打磨和用柱状物体疏通才基本得以解决,最终将各关节连接起来,实现了设想中的自由度。

总之,理想和现实显然有差距,打印机也有其精度限制,不可能达到任意尺寸和精度都可以完成。