使用 VEXplorer 系統等機器人設計套件無疑有助于構造和裝配機器人。然而，如果只憑人力來構思，即使只是構想比較簡單的機器人系統，也是一件冗長乏味、絞盡腦汁的事情。就算對于最具想象力的工程師來說，在頭腦中構思細節、方位、外殼和間距，也是具有很大的挑戰。所以，必須使用 2D 工程圖和 3D CAD 模型來直觀地表示機器人設計。

不管是學生、愛好者還是以競賽為目的的機器人團隊，都可使用 VEXplorer 系統來構思并建立各種各樣的機器人應用，這只受物理規則和想象力的限制。所以，理解 3D 建模的基本概念對于有效地開發機器人系統非常重要。3D CAD 為機器人設計師插上了想象的翅膀，為其提供視覺線索和參考點，助其將想法轉化為現實。

組織通過使用 CAD 建模技術，可以在機器人系統的設計、制造和競爭方面持續取得成功。VEXplorer 系統附帶提供 SolidWorks? 的 150 天學生設計套件，此套件每天都幫助全球機器人工業的工程師構建成熟的產品。有關使用 SolidWorks 的 3D 建模技術進行 VEX 機器人開發的免費概述和詳細的逐步說明可在 www.solidworks.com/VEX 找到。

3D 建模包括三種基本文檔：

1. 零件圖 – 各個設計部件的 3D 表示
2. 裝配圖 – 零件和/或其它裝配體的 3D 排布
3. 工程圖 – 2D 工程圖，通常用來表示零件或裝配體

這些文檔都有助于機器人系統的總體設計。對于機器人設計人員來說，無論年齡和技能水平如何，只要理解了使用 Solidworks 進行 3D 實體建模的基本概念并掌握和運用后文中的 14 條技巧，都可為構建極富獲獎競爭力的復雜、創新性機器人設計奠定基礎。

技巧 1 – 利用 web 數據庫中的模型。

不管是為了生產還是競賽，對于機器人設計來說，時間都是一項重要因素。他山之石，可以攻玉，構建自己的機器人設計系統模型的最高效方法之一就是從在線設計數據庫中獲取 3D 模型。3DContentCentral (www.3dcontentcentral.com) 是一個基于 web 的設計數據庫，它包含領先制造商提供的數以百萬計的零部件，文件格式多種多樣。您可以下載氣動系統、馬達、齒輪以及幾乎您可想到的任何機械和電氣零部件的精確 CAD 模型。文件格式包括 SolidWorks、IGES、Inventor?、Pro/ENGINEER?、STEP 和 DWG 等等。例如，您可根據所需的沖程、壓強、力和各種選項來配置并下載 SMC 氣缸模型。又如，您在 VEX 機器人競賽中無需自行構建輪子模型，而可以從 3DContentCentral 獲取模型文件。用戶數據庫區域以七種語言提供，并包括全球設計用戶群提供的共享模型。


技巧 2 – 理解零件方位。

零件由特征構成，特征在草圖中建立。為了理解零件在空間中的方位，您必須理解前基準面、上基準面和右基準面的位置。一旦選定了草圖平面，即確定了零件方位。例如，圖中的 VEX 軸在前基準面中由一個 2D 方形草圖構成，如果選擇右基準面或上基準面作為草圖平面，則圖形窗口中的零件方位均會不同。

前基準面

右基準面

上基準面
草圖平面確定了方位。

技巧 3 – 在草圖中使用對稱。

矩形草圖工具用于創建 VEX 軸的輪廓。在機器人設計中，您會希望零件具有對稱性。原點代表前基準面、上基準面和右基準面的交點。簡單的矩形草圖可從原點開始繪制，但是，如果您將原點置于草圖中心，則草圖將保持關于上基準面和右基準面對稱。在矩形的兩個頂點間連接一條輔助線，并在原點和該中心線間建立中點關系，將可確保矩形始終對稱。


技巧 4 – 在標注尺寸前插入幾何關系。

在 SolidWorks 軟件中，草圖實體和模型幾何體之間的關系對于定義行為并在 2D 和 3D 草圖中保持設計意圖非常重要。幾何關系（水平、豎直、平行、垂直、相等、同心、共線、等徑、相切和固定）用于約束各個草圖實體并與現有的面、邊和參考幾何體形成關系。矩形草圖工具包含兩項平行關系和兩項垂直關系。中心線用于與原點形成中點關系。因為 VEX 軸是由方形鋁錠制成的，所以通過相等關系來代表物理形狀。如果要更改鋁錠尺寸，則使用一個尺寸來控制方形草圖的總體尺寸。小寫符號用于表示關系，您可通過選擇 View（視圖）> Sketch Relations（草圖關系）來顯示這些符號。對于機加工零件，軟件會將這些零件顯示為黑色，您應該為這些零件徹底定義草圖。將尺寸放在輪廓外可節省在 2D 工程圖中放置尺寸的步驟。

草圖塊可用于對草圖實體進行智能組合，并有助于創建機器人機構的 2D 布局。高級草圖關系可用于在 2D 草圖中模擬齒輪、凸輪和皮帶/鏈條的運動。


技巧 5 – 創建關于草圖平面對稱的特征。

創建對稱特征可節省以后建立特征以及形成裝配體的時間。例如，您可通過使用對稱關系并指定距離來將齒輪靈活地定位在 VEX 軸的中部或端部。若要為設計中的這種未來行為作準備，最好使 VEX 軸關于草圖平面對稱。Extrude Boss/Base（拉伸凸臺/基體）特征中的 Mid Plane（中面）選項用于將 2D 草圖垂直于草圖平面并在兩側伸出相等的距離。

技巧 6 – 使用參考幾何體和參考平面

參考幾何體（例如平面、軸和坐標系）有助于創建特征和裝配部件。方形 VEX 軸與圓柱形齒輪裝配在一起，在 VEX 軸中心插入一個參考軸后，即可使方形部件與圓柱形部件同心配合。在齒輪中心插入一個參考平面，即可定位輪齒中心，從而在裝配體中對齊多個齒輪。


技巧 7 – 在零件中定義智能屬性