Solidworks是世界上第一个基于Win开发的三维CAD系统，软件功能强大，也是我目前最喜欢使用的三维建模软件，它共有9个主要模块：零件建模模块、曲面建模模块、钣金设计模块、帮助文件模块、数据转换模块、高级渲染模块、图形输出模块、特征识别模块、软件设计模块等，在机器人结构设计、三维建模方面应用广泛，而且经过自己设定偏好设置后，使用起来得心应手非常灵活。在掌握Solidworks的基础操作后，即可结合机器人结构设计经验，完成机器人的三维模型构建，用于后续的仿真分析等。

本系列文章将分别建模四轮驱动寻迹小车机器人、两轮驱动循迹小车机器人、双足机器人、六旋翼飞行机器人、水上机器人共五种机器人，前两者为智能车竞赛中较为普通的模型结构设计，后三者为其他形式的移动机器人。本文首先建立四轮驱动循迹小车机器人的三维模型，该模型由直流电动机、联轴器、直流电动机支架、轮毂、轮胎和车架等零部件组成。预绘制的四轮驱动循迹小车机器人如图1所示。Solidworks在操作前首先要做《偏好设置》，对操作界面、快捷键等设定自己的模板，后续绘制图形时会事半功倍。

图1 四轮驱动循迹小车机器人

1.电动机的绘制

首先绘制零部件“直流电动机”，新建零件模型，ctrl+S保存为“DCmotor”，默认零件格式。

图2 保存页面

· 注意：每次在绘制模型前，先保存当前的文件，在绘制过程中，要时刻ctrl+S，防止绘制崩溃丢失全部数据。

预绘制的直流电动机模型如图3所示，主体为圆柱体的绘制。

图3 直流电动机模型

（1）在左侧导航栏选择前视基准面，选择草图工具“圆”（或用快捷键Q，该快捷键由偏好设置中自己设定），绘制圆形，并用尺寸标注（快捷键D）尺寸为35.8.

图4 圆形绘制

（2）选择特征——拉伸（快捷键SHIFT+A），设定为“两侧对称”，深度为57。如图5所示。

图5 拉伸参数

· 注意：拉伸时尽量选择“两侧对称”，方便后续的镜向等特征的操作。

图6 圆形绘制

（3）选择刚才所建的圆柱体端面（任意一个）为基准面，绘制一个37mm的圆，如图6所示，单侧拉伸19mm，如图7所示。

图7 拉伸参数

（4）选择新拉伸成型的圆柱体外端面为基准面，绘制圆形，尺寸参数如图8所示

图8 草图尺寸

（5）拉伸凸台，拉伸参数如图9所示

图9 拉伸参数

（6）继续在新得到的圆柱上绘制细长圆柱，选择端面为基准面，草图尺寸如图10

图10 草图尺寸

（7）拉伸凸台，长度为15mm，如图11

图11 拉伸参数

（8）在新得到的圆端面绘制如图12所示的图形，首先选择端面后，点击“”转换实体引用“”，会自动生成轮廓线，然后绘制线段和中心线，最后通过剪裁（快捷键G），去除多余的线段，得到图13所示的草图。

图12 草图参数

图13 最终草图

（9）选择切除，沿着圆柱方向切除12mm，切除参数如图14.

图14 切除参数

（10）绘制固定孔，如图15所示，用异形孔向导，生成一个孔后，再圆周阵列，阵列6个同样的孔均布在端面上，注意孔的位置，是在水平方向为起点，开始阵列6个。

图15 孔位置和参数

图16 圆周阵列参数

图17 孔参数

图18 圆周阵列参数

（11）还是选择刚才的端面，将孔的位置设定在正下方，大小和位置如图17，然后采用圆周阵列的方式，将孔均布阵列3个。

（12）在另一个圆端面绘制中心圆，尺寸为10 ，拉伸4mm，如图19所示。

图19 草图及拉伸尺寸

将所得的圆柱设定圆角（快捷键为Ctrl+R），参数合理即可如图20所示

图20 圆角参数和位置

（13）将所得的模型进行外观渲染，按照自己喜好选择颜色即可，最终得到的模型如图21所示，再次保存后关闭。

图21 直流电动机模型

2 绘制机器人底盘框架

机器人底盘框架在智能车竞赛中通常用亚克力板、碳纤维板制作，前者成本较低，但硬度较差，后者结构强度较好，但相对来说成本高一些，通常采用2-3mm后的板即可，当搭载重型物时需要适当加厚以确保强度。

（1）草图绘制，按照图22示的草图，选择上视基准面绘制

图22 草图参数

（2）用镜向的方式，将上文所绘草图镜像到对面，然后再将镜向和所绘草图整体镜向，完成四个方向的草图

图23 镜向操作后的示意图

（3）最后将平板整体拉伸，即可得到底板，如图24所示。

图24 拉伸参数

（4）最后，按照自己喜好进行渲染，得到最终的模型如图25，命名为Frame，保存后关闭。

图25 底盘示意图

3 绘制轮胎和轮毂

在移动机器人或者智能车竞赛中，轮子一般选用标准轮或者全向轮，其中标准轮的使用最为频繁，这里的轮胎绘制以标准轮为例。

（1）绘制轮胎：先绘制两个同心圆，尺寸如图，并进行拉伸，拉伸长度为28

图26  轮毂尺寸图

绘制小矩形块，草图如图27所示，对边缘切割处理，选择特征切除。如图28所示。

图27 草图参数

图28 切除参数

将切除特征圆周阵列，阵列个数为30，然后将阵列特征镜向对称，也可以在轮胎外周切除三条沟，显得更真实一些，参数合理即可，最后得到图29所示的轮胎，保存为Tyre后关闭。

图29 轮胎模型图

（2）绘制轮毂

首先绘制轮毂的外轮廓，草图参数如图30所示；将轮廓进行拉伸，长度为28，如图31所示

图30 轮毂草图

图31 拉伸参数

绘制内部的筋，草图参数如图32，将绘制的草图圆周阵列5个，参数如图33，再将多余的线用剪裁的方式去除，最后得到草图34

图32 草图参数

图33圆周阵列

图34 剪裁

将轮毂内部的筋拉伸15，拉伸参数如图35

图35 拉伸参数

在得到的筋上绘制六边形和圆形，草图参数如图36，并拉伸6mm

图36 草图参数

图37 孔参数

最后，在正中心绘制孔，尺寸和位置如图37所示。绘制结束后，保存为Hub后关闭。

4 绘制支架和联轴器

由于轮子数目多于3个，因此轮子需要采用悬挂结构，以保证每个轮子都可着地。另外，虽然电机与轮子直接传动会最大化效率，但电机轴一旦损坏就需要换掉整个电机，且联轴器的存在可以弥补对中误差，起到多方面的作用。

（1）支架绘制

支架由钣金件构成，这里仅按照几何形貌绘制，未按照制造工艺步骤，草图如图38所示

图38（a）支架上板面 草图参数

图38（b）支架下板面 草图参数

将所得的草图分别拉伸3mm，并渲染外观，最终得到支架如图39所示，保存为Bracket后关闭。

图39 支架模型图

（2）绘制联轴器

首先绘制六边形接触面，草图如图40

图40 草图参数

绘制联轴器主体，拉伸圆形，草图和拉伸长度如图41

图41 拉伸参数

在底端开孔，如图42所示。

图42 联轴器

5 整体装配

新建装配体，保存为“FourWheel”，如图43

图43 新建装配体

将零件全部导入页面，然后选择导航栏中，右键[固定]一项的零件，改为“浮动”，选择Frame的原点与装配体界面的原点，点击配合，令其重合

图 44 原点配合

将轮胎和轮毂同心配合、端面配合

图45 轮胎与轮毂的配合

将车框架与支架底板平面配合、孔同轴配合

图46 车架与支架配合

将电机与支架平面配合、固定孔同轴配合

图47 电机与支架配合

将轮胎、联轴器、电机轴相互配合，其中，轮胎的六边形端面和边分别与联轴器的端面和边重合配合，再将三者同轴，联轴器的电机端面与电机轴切除面重合，如图48所示

图48 轮胎、联轴器、电机轴配合

最后，将零部件依次进行镜向，把四个地方的零部件补充完整。

图49 镜向操作

至此，四轮驱动循迹小车机器人就完成了。

图50 四轮驱动循迹小车机器人