楊曉華 劉文波

【摘 要】利用廢舊汽車零部件制造機(jī)器人一直是很多人心中的夢(mèng)想，而聊城職業(yè)技術(shù)學(xué)院的機(jī)器人鈑噴團(tuán)隊(duì)正努力地實(shí)踐著這一夢(mèng)想。變廢為寶，利用身邊沒有價(jià)值的東西創(chuàng)造出能夠得到大家認(rèn)可的作品是該團(tuán)隊(duì)的核心任務(wù)。該團(tuán)隊(duì)利用1年的時(shí)間，經(jīng)歷了對(duì)大型機(jī)器人的整體構(gòu)思、三維建模、焊接骨架、噴涂美化等步驟，最終完成了一個(gè)身高達(dá)3.5 m，重量達(dá)2.6 t的機(jī)器人的實(shí)體。文章提供了一套從三維建模到真正制作出大型實(shí)體機(jī)器人的制作方法和步驟。

【關(guān)鍵詞】廢舊汽車零部件；大型機(jī)器人；三維建模

【中圖分類號(hào)】TP242 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）12-0058-03

動(dòng)畫片中常常看到一些大家熟悉的角色，比如“擎天柱”“大黃蜂”等深受人們喜愛?，F(xiàn)實(shí)生活中也有很多人以它們?yōu)樵?，按照一定的比例用鋼鐵制作它們的造型，成為一道道靚麗的文化風(fēng)景。

聊城職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院現(xiàn)有不少的廢舊車輛及廢舊汽車零部件。汽車實(shí)訓(xùn)中心配置有二氧化碳保護(hù)焊接裝置、手工整形工具組、電阻電焊、大梁校正、起重舉升等裝置，具備完成大型機(jī)器人制作的條件。此外，讓學(xué)生參與該項(xiàng)目的制作過程，可以訓(xùn)練學(xué)生三維建模能力、焊接技能、噴涂技能等。

到目前為止，只能夠看到別人加工成型的大型機(jī)器人，沒有專門介紹其制作材料和過程的文獻(xiàn)，這為聊城職業(yè)技術(shù)學(xué)院的機(jī)器人鈑噴團(tuán)隊(duì)制作大型機(jī)器人帶來了很大的挑戰(zhàn)。

為實(shí)現(xiàn)大型機(jī)器人的三維建模、組裝和噴涂，需要從以下幾個(gè)方面著手。

1 盤點(diǎn)和清潔

對(duì)現(xiàn)有的廢舊零部件細(xì)心盤點(diǎn)，挑選出對(duì)制作機(jī)器人有用的總成或零部件。對(duì)于油污較多的零部件，使用汽油清洗的方式對(duì)其完成初步清潔工作；對(duì)于銹蝕比較嚴(yán)重的零部件，使用打磨的方式完成初步清潔。接下來使用清潔劑等將總成和零部件進(jìn)行進(jìn)一步清洗。

2 零部件拆解

對(duì)部分總成件進(jìn)行拆解，使其成為可以直接使用的零件單元。比如：把部分輪胎拆解成金屬輪轂和橡膠胎；把部分總成拆解成軸、齒輪、軸承等基本單元。

3 零部件分類

對(duì)現(xiàn)有零部件分類，并使用CREO軟件建立每種零件三維模型。在建模的過程中發(fā)現(xiàn)大部分的零部件都屬于以下2類：一類是數(shù)量較多的中小型零部件，如軸、齒輪、軸承等；另一類是形狀不規(guī)則的車身覆蓋件，如前機(jī)蓋、車門、翼子板等（如圖1、圖2所示）。

4 對(duì)部分零件參數(shù)化建模

齒輪、螺栓等零部件以參數(shù)化設(shè)計(jì)的方式建立三維模型。這樣可以快速地生成同一類的不同參數(shù)的零部件，例如廢舊零部件中既有齒數(shù)為10的齒輪，也有齒數(shù)為19的齒輪，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)后輸入齒數(shù)、模數(shù)等參數(shù)就能生成不同類型的齒輪，免去了重復(fù)建模的工作，提高了建模的效率。

5 鈑金件建?；蚯娼?/p>

針對(duì)形狀不規(guī)則的車身覆蓋件，采用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等通用命令很難建立起比較接近實(shí)際形狀的模型。然而，這些零件又常常被用作機(jī)器人的覆蓋件而暴露在最外層，這些零件建模質(zhì)量決定著整個(gè)機(jī)器人的整體形象。針對(duì)這種零部件，采用CREO中鈑金建?；蚯娼５姆绞娇梢暂^精確地建立三維模型。這類的零件數(shù)量也比較多，例如翼子板、車門皮等。在一些特定的場(chǎng)合，葉子板、車門皮等部件往往需要對(duì)其切割后才能使用，因此我們建模時(shí)也要根據(jù)實(shí)際情況模擬這些零部件切割后的造型。

6 使用軟件組裝三維模型

挑選制作機(jī)器人所用到的零部件，使用CREO軟件進(jìn)行組裝，生成裝配體。組裝時(shí)先組裝骨架，把骨架固定后，再對(duì)其他小的零部件以骨架為參照進(jìn)行組裝。如果在組裝的過程中發(fā)現(xiàn)所建立的零部件模型尺寸明顯和骨架不成比例時(shí)，需要返回零件建模的界面進(jìn)行零件的尺寸確認(rèn)。裝配完成后，檢查每個(gè)裝配體是否已經(jīng)處于完全約束的狀態(tài)，如果沒有完全約束，需要根據(jù)裝配關(guān)系進(jìn)行約束。

7 裝配體配色

使用CREO軟件對(duì)裝配體中每一個(gè)零件設(shè)置材質(zhì)和顏色，為真正制作的實(shí)體機(jī)器人提供噴涂顏色的參考。在配色時(shí)，我們要掌握如下原則：機(jī)器人所有顏色總和不應(yīng)超過5種；相鄰零部件之間盡量使用不同的顏色；左、右應(yīng)該對(duì)稱，上、下應(yīng)協(xié)調(diào)；盡量使用較鮮艷的顏色，如紅色、黃色、藍(lán)色等。經(jīng)過這樣的模擬配色后，機(jī)器人的三維建模工作完成，接著進(jìn)入實(shí)體制作過程。

8 焊接骨架

使用廢舊車輛的底盤材料進(jìn)行切割和焊接來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人骨架的搭建。骨架搭建的原則如下：保證機(jī)器人重心靠下并且重心要穩(wěn)；雙腳跨度要適當(dāng)；腳對(duì)整體的支撐力要強(qiáng)；骨架焊接要絕對(duì)牢靠等。骨架部分是整個(gè)機(jī)器人搭建的基礎(chǔ)，它的牢靠程度決定著整個(gè)機(jī)器人的穩(wěn)定性。

9 充實(shí)骨架

在骨架的基礎(chǔ)上添加小的汽車零件，如齒輪、彈簧、曲軸、輪轂等使其豐滿，更能表現(xiàn)出機(jī)器人的力與美。每個(gè)小部件焊接之前一定要規(guī)劃好焊接的準(zhǔn)確位置，否則焊接后再取下來就會(huì)對(duì)原來焊接的部位造成損害，嚴(yán)重影響整體的效果。

10 增強(qiáng)立體感

使用前機(jī)蓋、后備箱蓋等組合成肩膀和前胸部位。這些都是人們觀察機(jī)器人造型時(shí)容易聚焦的部位，因此對(duì)這些部位的要求是大小適中且表現(xiàn)出較強(qiáng)的立體感。

11 對(duì)部分裸露零部件覆蓋

使用翼子板等薄板件對(duì)部分位置進(jìn)行覆蓋，如胳膊、腿等部位，使用翼子板裝飾成一定的實(shí)體造型，將內(nèi)部的部分組件進(jìn)行遮蓋，形成更加符合審美觀點(diǎn)的造型。

12 頭部制作

頭部制作是機(jī)器人制作過程中最困難的步驟之一。首先，頭部使用的材料種類最多，用到了鋼架、鋼板、橡膠胎、塑料保險(xiǎn)杠、鋁合金薄片等材料。其次，頭部形狀較復(fù)雜，如頭部的臉、鼻子、嘴巴等。最后，連接成形較復(fù)雜，由于使用不同材料及照顧特殊造型，材料之間要使用塑料焊接、螺紋連接等方式連接（如圖3所示）。

13 機(jī)器人安裝完成

由于機(jī)器人身高較高，重量較重，因此必須把其中某些部分做成方便拆裝的。例如，頭部單獨(dú)使用螺紋連接固定，是可以拆裝的；胸部、手臂、腿部的覆蓋件也是可以拆卸的。至此，機(jī)器人組裝完成，接著進(jìn)行噴涂美化。

14 噴涂前打磨

先后使用80#、150#、240#、320#和400#干磨砂紙打磨要噴涂的每個(gè)部位。打磨時(shí)注意以下2個(gè)方面：{1}一定要把銹蝕和油污部位打磨干凈；{2}對(duì)于使用400#砂紙打磨之前的所有工序來說，前一道打磨工序產(chǎn)生的砂紙痕，在后一道打磨工序中一定要把它消除（如圖4所示）。

15 噴涂前的遮蔽

相對(duì)于噴涂來說，遮蔽是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)的工作。大型機(jī)器人由于組成部件較多，每個(gè)部件都有特定的顏色，因此有不少機(jī)器人上的零部件都是單獨(dú)調(diào)色噴涂的。例如，要對(duì)某些部位噴涂紅色，那么除了這些部位以外的零部件都要遮蔽，尤其是與它臨近的零部件。因此，整個(gè)遮蔽過程是和噴涂工作交替進(jìn)行的，只有完成了相應(yīng)的遮蔽工作才能進(jìn)行相應(yīng)的噴涂。遮蔽時(shí)，盡量采用車輛噴涂時(shí)采用的反相遮蔽的方式，以避免噴涂分界線的產(chǎn)生。

16 噴涂顏色

按照設(shè)計(jì)好的軟件建模后模擬設(shè)計(jì)好的顏色對(duì)零部件進(jìn)行噴涂。噴涂時(shí)注意以下幾點(diǎn)：{1}噴涂和打磨之間的時(shí)間不能間隔太長(zhǎng)，一般建議不超過2 h，否則噴涂前仍然需要使用400#砂紙對(duì)要噴涂部位重新打磨。{2}噴涂前檢查遮蔽是否遮實(shí)，以防止噴涂時(shí)污染沒有遮實(shí)的部位。{3}噴涂時(shí)要噴涂環(huán)氧底漆。原因是經(jīng)過打磨后很多地方存在裸露金屬，環(huán)氧底漆能夠起到防銹及增加噴漆附著力的作用。{4}色漆至少噴涂3遍，而且每一遍之間要間隔一定的時(shí)間。

17 清漆的噴涂

為了增強(qiáng)噴涂效果及保護(hù)噴涂的色漆，一般噴涂完色漆后都要進(jìn)行清漆的噴涂。清漆噴涂的時(shí)間是在最后一遍色漆噴完后間隔一定時(shí)間再開始噴涂。清漆一般至少也要噴涂3遍，每一遍的噴涂量不宜過多，并且每遍噴涂之間要有一定的時(shí)間間隔，以免產(chǎn)生流掛現(xiàn)象。

經(jīng)過精心的構(gòu)思、建模、焊接、噴涂等步驟，歷時(shí)1年的時(shí)間，一個(gè)身高達(dá)3.5 m，重量達(dá)2.6 t的機(jī)器人的實(shí)體制作完成（如圖5所示）。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]鐘日銘.Creo 2.0中文版完全自學(xué)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[2]北京兆迪科技有限公司.Creo軟件應(yīng)用認(rèn)證指導(dǎo)用書：Creo 2.0曲面設(shè)計(jì)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[3]林以敏.機(jī)器人制作[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[4]王錫春.汽車涂裝工藝技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[5]梁振華.汽車涂裝工藝與設(shè)備[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[6]劉春玲.焊工實(shí)用手冊(cè)[M].合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]