Inventor的槽輪機構(gòu)運動動畫制作方法研究

林澤生

摘? 要：介紹了Inventor軟件動畫制作相關(guān)功能，基于Inventor豐富的動畫制作功能，分析了槽輪機構(gòu)運動動畫制作常用方法的優(yōu)缺點，提出了一種操作簡單、可遷移性強的槽輪機構(gòu)運動動畫制作方法：iLogic約束控制法，并以槽數(shù)為3的平面外槽輪機構(gòu)為例分析了該方法，同時提供該方法的關(guān)鍵iLogic代碼，該研究對創(chuàng)建其他復(fù)雜機械運動動畫具有借鑒價值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：iLogic;VBA;槽輪;運動仿真;動畫

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2945（2019）16-0117-02

Abstract： This introduces Inventor's animation producing functions. Based on Inventor's rich animation producing functions， it analyzes the advantages and disadvantages of the common producing methods of motion animation of the Geneva mechanism， and proposes a method with simple operation and strong mobility： iLogic constraint control method. Taking the planar external Geneva mechanism with slot number 3 as an example， the method is analyzed， and the key iLogic codes of the method is provided. This research has reference value and guiding significance for creating other complex mechanical motion animations.

Keywords： iLogic; VBA; Geneva mechanism; motion simulation; animation

1 概述

伴隨著科技水平的迅猛發(fā)展，市場競爭愈發(fā)激烈，企業(yè)要增強自身的競爭能力，不但需要提高產(chǎn)品的設(shè)計水平，也需要提高投標時產(chǎn)品方案的展示能力和后期產(chǎn)品推介時的宣傳能力。動畫可以在設(shè)計過程、投標、產(chǎn)品推廣等不同的階段直觀、形象地表達設(shè)計方案或者產(chǎn)品，是一種能夠形象而且直觀地傳遞設(shè)計思想的載體[1]，是市場開發(fā)和產(chǎn)品推介工作中的一種重要手段。槽輪機構(gòu)又稱為馬爾他機構(gòu)，亦稱為馬氏機構(gòu)或馬氏盤[2]，是一種應(yīng)用很廣的轉(zhuǎn)位分度機構(gòu)，在多工位自動機械中經(jīng)常用到[3]，例如：冷霜灌裝自動機、糖果包裝機、多工位組合機床等[4]。槽輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠和機械效率高等特點。但槽輪機構(gòu)在工作時，槽輪的角速度不是常數(shù)[3]，這給采用槽輪機構(gòu)的機械產(chǎn)品的運動動畫制作帶來了制造了很大的麻煩。本文基于Inventor軟件豐富的動畫制作功能，采用iLogic、VBA、運動仿真等幾種不同的方法實現(xiàn)槽輪運動動畫的制作。

2 Inventor軟件動畫制作相關(guān)功能介紹

Inventor是美國Autodesk公司于1999年推出的一款可視化三維實體建模軟件，它的功能涵蓋了產(chǎn)品草圖設(shè)計到工程圖設(shè)計等全過程，還包括了專業(yè)的運動仿真等功能[5]。Inventor在裝配環(huán)境、表達視圖環(huán)境、運動仿真環(huán)境、Inventor Studio環(huán)境等不同的環(huán)境都具有動畫制作功能，不同環(huán)境下的動畫制作相關(guān)命令各有特色，在一定程度上相互補充，為機械產(chǎn)品的運動動畫制作提供了非常便利的條件。

在裝配環(huán)境中，零部件之間通過約束或者聯(lián)接裝配在一起，所有的約束均可在該環(huán)境中被驅(qū)動，在該環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)視角單一、驅(qū)動約束唯一的機構(gòu)運動動畫的制作與錄制;在表達視圖環(huán)境中，裝配體的零部件之間不存在任何裝配關(guān)系，通過記錄零部件空間位置的變化順序與變化情況，能夠逼真地展示產(chǎn)品的安裝或拆卸過程;在運動仿真環(huán)境中，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)裝配下的零部件運動和載荷條件下的動態(tài)仿真[6]，運動仿真結(jié)果可以直接通過“發(fā)布電影”命令錄制，或者發(fā)布到Inventor Studio環(huán)境中，利用Inventor Studio豐富的動畫制作命令進一步修飾完善;在Studio環(huán)境中，用戶能夠直接利用零件環(huán)境和裝配環(huán)境下的模型、幾何參數(shù)、裝配關(guān)系和裝配參數(shù)等數(shù)據(jù)，通過直接或間接的方式驅(qū)動相關(guān)的模型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)裝配體的仿真運動這是Inventor主要的動畫制作環(huán)境。

3 槽輪機構(gòu)運動動畫制作的常用方法分析

3.1 裝配環(huán)境中的約束驅(qū)動制作方法

在裝配環(huán)境下，Inventor能為部分零部件創(chuàng)建接觸集合，當(dāng)在裝配環(huán)境下驅(qū)動某一約束時，Inventor會實時對接觸集合內(nèi)的零部件進行接觸分析，從而通過實體碰撞驅(qū)動相關(guān)零件運動。槽輪機構(gòu)運動動畫可以在Inventor的裝配環(huán)境下采用驅(qū)動約束的方法制作。但采用該方法僅適用于動畫視角單一、驅(qū)動約束唯一的機構(gòu)運動動畫。這一方面是因為在該環(huán)境下錄制動畫，其視角轉(zhuǎn)化僅能通過鼠標、鍵盤操作改變，可操作性差;另一方面是因為在該環(huán)境下，僅能驅(qū)動單一一個約束，難以同時驅(qū)動多個約束實現(xiàn)復(fù)雜的機械動作。因此，當(dāng)僅展示設(shè)備中的槽輪機構(gòu)的運動，則可采用裝配環(huán)境中的約束驅(qū)動命令的方法制作，當(dāng)需要同時展示槽輪機構(gòu)及其周邊機構(gòu)協(xié)調(diào)運動時，這種方法難以滿足要求。

3.2 運動仿真制作方法

Inventor的運動仿真環(huán)境是制作復(fù)雜機械動畫的主要環(huán)境之一，運動仿真也是制作槽輪機構(gòu)運動動畫的常用方法之一。使用該方法制作槽輪機構(gòu)運動動畫，主要是利用運動仿真中的3D接觸或者2D接觸的運動類型，它們都是模擬非永久穿透接觸的運動類型。平面槽輪機構(gòu)的運動仿真采用2D接觸即可，而空間槽輪機構(gòu)的運動仿真則需要采用3D接觸運動類型。采用運動仿真的方法制作槽輪機構(gòu)運動動畫需要用戶熟練掌握運動仿真模塊中的功能，減少軟件仿真過程的計算量。在運動仿真環(huán)境中的仿真結(jié)果可以直接使用“發(fā)布電影”的命令錄制運動動畫，也可以通過“發(fā)布到Studio”命令將運動仿真結(jié)果發(fā)布到Inventor Studio，其運動仿真結(jié)果是通過“Simulation_Timeline”的參數(shù)保存在Studio的動畫收藏夾中。采用這種方法制作的動畫逼真可靠，但技巧性較強，工作量大，仿真結(jié)果動畫在Studio中與其他約束動畫兼容性差，不利于整機的工作原理動畫制作。

3.3 VBA函數(shù)制作方法

自定義VBA函數(shù)能幫助用戶在Inventor中實現(xiàn)不規(guī)則、復(fù)雜的運動動畫制作，這種方法也是槽輪機構(gòu)運動動畫制作的常用方法之一。槽輪機構(gòu)從動槽輪的轉(zhuǎn)動速度與主動撥盤的轉(zhuǎn)動速度并不是線性關(guān)系，但通過幾何計算可推導(dǎo)得到從動槽輪與主動撥盤角速度的函數(shù)關(guān)系，將這個函數(shù)關(guān)系在VBA中用自定義函數(shù)表達，在Inventor中的fx參數(shù)表調(diào)用自定義的VBA函數(shù)即可使從動槽輪與主動撥盤以正確的速度運動。通過VBA函數(shù)確定的運動關(guān)系能夠在Inventor Studio中體現(xiàn)出來，與Studio中的其他約束動畫兼容性高，但函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)復(fù)雜，VBA函數(shù)的編寫需要一定的編程基礎(chǔ)，且這種方法的可遷移性較差。

4 基于Inventor iLogic的約束控制法

iLogic是Inventor內(nèi)部的一個驅(qū)動程序，需要編寫一些規(guī)則來達到驅(qū)動各類參數(shù)以及特征的目的[7]。相比VBA或者VB.net，iLogic最大的優(yōu)點是代碼非常簡單，對于非計算機專業(yè)的機械工程師來說非常容易掌握[8]。以槽數(shù)為3的平面外槽輪機構(gòu)為例，其初始狀態(tài)如圖1所示。從動槽輪運動1周，主動撥盤運動3周，將主動撥盤運動的1個周期劃分為2個階段，即從動槽輪運動階段和從動槽輪靜止階段。在從動槽輪運動階段，從動槽輪的槽面始終與主動撥盤的圓柱銷相切;在從動槽輪運動階段，主動撥盤保持運動而從動槽輪保持靜止?；谏鲜龇治?，可依次為每個從動槽輪的槽面分別與主動撥盤的圓柱銷創(chuàng)建一個相切約束，軟件自動生成相切約束的名稱為：“相切：1”、“相切：2”、“相切：3”（如圖2所示），在iLogic瀏覽器中創(chuàng)建“槽輪約束控制”規(guī)則。

5 結(jié)束語

基于Inventor軟件豐富的動畫制作功能，本文析了約束驅(qū)動制作法、運動仿真制作法、VBA函數(shù)制作法等槽輪機構(gòu)運動動畫制作常用方法的優(yōu)缺點，提出了Inventor iLogic的約束控制的運動動畫制作方法，并以槽數(shù)為3的平面外槽輪機構(gòu)為例分析了該方法的主要原理，提供了主要的iLogic代碼，這種方法操作簡單，且可遷移性強。本研究所涉及的動畫制作方法并不局限于槽輪機構(gòu)，也適用于其他復(fù)雜的機械機構(gòu)，對復(fù)雜機械機構(gòu)的工作原理動畫制作均具有一定的借鑒價值和指導(dǎo)意義。

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