杨晓华 刘文波

【摘 要】利用废旧汽车零部件制造机器人一直是很多人心中的梦想，而聊城职业技术学院的机器人钣喷团队正努力地实践着这一梦想。变废为宝，利用身边没有价值的东西创造出能够得到大家认可的作品是该团队的核心任务。该团队利用1年的时间，经历了对大型机器人的整体构思、三维建模、焊接骨架、喷涂美化等步骤，最终完成了一个身高达3.5 m，重量达2.6 t的机器人的实体。文章提供了一套从三维建模到真正制作出大型实体机器人的制作方法和步骤。

【关键词】废旧汽车零部件；大型机器人；三维建模

【中图分类号】TP242 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）12-0058-03

动画片中常常看到一些大家熟悉的角色，比如“擎天柱”“大黄蜂”等深受人们喜爱。现实生活中也有很多人以它们为原型，按照一定的比例用钢铁制作它们的造型，成为一道道靓丽的文化风景。

聊城职业技术学院汽车学院现有不少的废旧车辆及废旧汽车零部件。汽车实训中心配置有二氧化碳保护焊接装置、手工整形工具组、电阻电焊、大梁校正、起重举升等装置，具备完成大型机器人制作的条件。此外，让学生参与该项目的制作过程，可以训练学生三维建模能力、焊接技能、喷涂技能等。

到目前为止，只能够看到别人加工成型的大型机器人，没有专门介绍其制作材料和过程的文献，这为聊城职业技术学院的机器人钣喷团队制作大型机器人带来了很大的挑战。

为实现大型机器人的三维建模、组装和喷涂，需要从以下几个方面着手。

1 盘点和清洁

对现有的废旧零部件细心盘点，挑选出对制作机器人有用的总成或零部件。对于油污较多的零部件，使用汽油清洗的方式对其完成初步清洁工作；对于锈蚀比较严重的零部件，使用打磨的方式完成初步清洁。接下来使用清洁剂等将总成和零部件进行进一步清洗。

2 零部件拆解

对部分总成件进行拆解，使其成为可以直接使用的零件单元。比如：把部分轮胎拆解成金属轮毂和橡胶胎；把部分总成拆解成轴、齿轮、轴承等基本单元。

3 零部件分类

对现有零部件分类，并使用CREO软件建立每种零件三维模型。在建模的过程中发现大部分的零部件都属于以下2类：一类是数量较多的中小型零部件，如轴、齿轮、轴承等；另一类是形状不规则的车身覆盖件，如前机盖、车门、翼子板等（如图1、图2所示）。

4 对部分零件参数化建模

齿轮、螺栓等零部件以参数化设计的方式建立三维模型。这样可以快速地生成同一类的不同参数的零部件，例如废旧零部件中既有齿数为10的齿轮，也有齿数为19的齿轮，采用参数化设计后输入齿数、模数等参数就能生成不同类型的齿轮，免去了重复建模的工作，提高了建模的效率。

5 钣金件建模或曲面建模

针对形状不规则的车身覆盖件，采用拉伸、旋转、扫描、混合等通用命令很难建立起比较接近实际形状的模型。然而，这些零件又常常被用作机器人的覆盖件而暴露在最外层，这些零件建模质量决定着整个机器人的整体形象。针对这种零部件，采用CREO中钣金建模或曲面建模的方式可以较精确地建立三维模型。这类的零件数量也比较多，例如翼子板、车门皮等。在一些特定的场合，叶子板、车门皮等部件往往需要对其切割后才能使用，因此我们建模时也要根据实际情况模拟这些零部件切割后的造型。

6 使用软件组装三维模型

挑选制作机器人所用到的零部件，使用CREO软件进行组装，生成装配体。组装时先组装骨架，把骨架固定后，再对其他小的零部件以骨架为参照进行组装。如果在组装的过程中发现所建立的零部件模型尺寸明显和骨架不成比例时，需要返回零件建模的界面进行零件的尺寸确认。装配完成后，检查每个装配体是否已经处于完全约束的状态，如果没有完全约束，需要根据装配关系进行约束。

7 装配体配色

使用CREO软件对装配体中每一个零件设置材质和颜色，为真正制作的实体机器人提供喷涂颜色的参考。在配色时，我们要掌握如下原则：机器人所有颜色总和不应超过5种；相邻零部件之间尽量使用不同的颜色；左、右应该对称，上、下应协调；尽量使用较鲜艳的颜色，如红色、黄色、蓝色等。经过这样的模拟配色后，机器人的三维建模工作完成，接著进入实体制作过程。

8 焊接骨架

使用废旧车辆的底盘材料进行切割和焊接来实现机器人骨架的搭建。骨架搭建的原则如下：保证机器人重心靠下并且重心要稳；双脚跨度要适当；脚对整体的支撑力要强；骨架焊接要绝对牢靠等。骨架部分是整个机器人搭建的基础，它的牢靠程度决定着整个机器人的稳定性。

9 充实骨架

在骨架的基础上添加小的汽车零件，如齿轮、弹簧、曲轴、轮毂等使其丰满，更能表现出机器人的力与美。每个小部件焊接之前一定要规划好焊接的准确位置，否则焊接后再取下来就会对原来焊接的部位造成损害，严重影响整体的效果。

10 增强立体感

使用前机盖、后备箱盖等组合成肩膀和前胸部位。这些都是人们观察机器人造型时容易聚焦的部位，因此对这些部位的要求是大小适中且表现出较强的立体感。

11 对部分裸露零部件覆盖

使用翼子板等薄板件对部分位置进行覆盖，如胳膊、腿等部位，使用翼子板装饰成一定的实体造型，将内部的部分组件进行遮盖，形成更加符合审美观点的造型。

12 头部制作

头部制作是机器人制作过程中最困难的步骤之一。首先，头部使用的材料种类最多，用到了钢架、钢板、橡胶胎、塑料保险杠、铝合金薄片等材料。其次，头部形状较复杂，如头部的脸、鼻子、嘴巴等。最后，连接成形较复杂，由于使用不同材料及照顾特殊造型，材料之间要使用塑料焊接、螺纹连接等方式连接（如图3所示）。

13 机器人安装完成

由于机器人身高较高，重量较重，因此必须把其中某些部分做成方便拆装的。例如，头部单独使用螺纹连接固定，是可以拆装的；胸部、手臂、腿部的覆盖件也是可以拆卸的。至此，机器人组装完成，接着进行喷涂美化。

14 噴涂前打磨

先后使用80#、150#、240#、320#和400#干磨砂纸打磨要喷涂的每个部位。打磨时注意以下2个方面：{1}一定要把锈蚀和油污部位打磨干净；{2}对于使用400#砂纸打磨之前的所有工序来说，前一道打磨工序产生的砂纸痕，在后一道打磨工序中一定要把它消除（如图4所示）。

15 喷涂前的遮蔽

相对于喷涂来说，遮蔽是一项费时的工作。大型机器人由于组成部件较多，每个部件都有特定的颜色，因此有不少机器人上的零部件都是单独调色喷涂的。例如，要对某些部位喷涂红色，那么除了这些部位以外的零部件都要遮蔽，尤其是与它临近的零部件。因此，整个遮蔽过程是和喷涂工作交替进行的，只有完成了相应的遮蔽工作才能进行相应的喷涂。遮蔽时，尽量采用车辆喷涂时采用的反相遮蔽的方式，以避免喷涂分界线的产生。

16 喷涂颜色

按照设计好的软件建模后模拟设计好的颜色对零部件进行喷涂。喷涂时注意以下几点：{1}喷涂和打磨之间的时间不能间隔太长，一般建议不超过2 h，否则喷涂前仍然需要使用400#砂纸对要喷涂部位重新打磨。{2}喷涂前检查遮蔽是否遮实，以防止喷涂时污染没有遮实的部位。{3}喷涂时要喷涂环氧底漆。原因是经过打磨后很多地方存在裸露金属，环氧底漆能够起到防锈及增加喷漆附着力的作用。{4}色漆至少喷涂3遍，而且每一遍之间要间隔一定的时间。

17 清漆的喷涂

为了增强喷涂效果及保护喷涂的色漆，一般喷涂完色漆后都要进行清漆的喷涂。清漆喷涂的时间是在最后一遍色漆喷完后间隔一定时间再开始喷涂。清漆一般至少也要喷涂3遍，每一遍的喷涂量不宜过多，并且每遍喷涂之间要有一定的时间间隔，以免产生流挂现象。

经过精心的构思、建模、焊接、喷涂等步骤，历时1年的时间，一个身高达3.5 m，重量达2.6 t的机器人的实体制作完成（如图5所示）。

参 考 文 献

[1]钟日铭.Creo 2.0中文版完全自学手册[M].北京：机械工业出版社，2015.

[2]北京兆迪科技有限公司.Creo软件应用认证指导用书：Creo 2.0曲面设计教程[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]林以敏.机器人制作[M].北京：机械工业出版社，2008.

[4]王锡春.汽车涂装工艺技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

[5]梁振华.汽车涂装工艺与设备[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[6]刘春玲.焊工实用手册[M].合肥：安徽科学技术出版社，2013.

[责任编辑：陈泽琦]