林澤生

摘? 要：介紹了Inventor軟件動(dòng)畫制作相關(guān)功能，基于Inventor豐富的動(dòng)畫制作功能，分析了槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫制作常用方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種操作簡(jiǎn)單、可遷移性強(qiáng)的槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)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(jī)構(gòu)為例分析了該方法，同時(shí)提供該方法的關(guān)鍵iLogic代碼，該研究對(duì)創(chuàng)建其他復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫具有借鑒價(jià)值和指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：iLogic;VBA;槽輪;運(yùn)動(dòng)仿真;動(dòng)畫

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，企業(yè)要增強(qiáng)自身的競(jìng)爭(zhēng)能力，不但需要提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，也需要提高投標(biāo)時(shí)產(chǎn)品方案的展示能力和后期產(chǎn)品推介時(shí)的宣傳能力。動(dòng)畫可以在設(shè)計(jì)過(guò)程、投標(biāo)、產(chǎn)品推廣等不同的階段直觀、形象地表達(dá)設(shè)計(jì)方案或者產(chǎn)品，是一種能夠形象而且直觀地傳遞設(shè)計(jì)思想的載體[1]，是市場(chǎng)開發(fā)和產(chǎn)品推介工作中的一種重要手段。槽輪機(jī)構(gòu)又稱為馬爾他機(jī)構(gòu)，亦稱為馬氏機(jī)構(gòu)或馬氏盤[2]，是一種應(yīng)用很廣的轉(zhuǎn)位分度機(jī)構(gòu)，在多工位自動(dòng)機(jī)械中經(jīng)常用到[3]，例如：冷霜灌裝自動(dòng)機(jī)、糖果包裝機(jī)、多工位組合機(jī)床等[4]。槽輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠和機(jī)械效率高等特點(diǎn)。但槽輪機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，槽輪的角速度不是常數(shù)[3]，這給采用槽輪機(jī)構(gòu)的機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫制作帶來(lái)了制造了很大的麻煩。本文基于Inventor軟件豐富的動(dòng)畫制作功能，采用iLogic、VBA、運(yùn)動(dòng)仿真等幾種不同的方法實(shí)現(xiàn)槽輪運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫的制作。

2 Inventor軟件動(dòng)畫制作相關(guān)功能介紹

Inventor是美國(guó)Autodesk公司于1999年推出的一款可視化三維實(shí)體建模軟件，它的功能涵蓋了產(chǎn)品草圖設(shè)計(jì)到工程圖設(shè)計(jì)等全過(guò)程，還包括了專業(yè)的運(yùn)動(dòng)仿真等功能[5]。Inventor在裝配環(huán)境、表達(dá)視圖環(huán)境、運(yùn)動(dòng)仿真環(huán)境、Inventor Studio環(huán)境等不同的環(huán)境都具有動(dòng)畫制作功能，不同環(huán)境下的動(dòng)畫制作相關(guān)命令各有特色，在一定程度上相互補(bǔ)充，為機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)動(dòng)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(guò)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(dòng)，在該環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)視角單一、驅(qū)動(dòng)約束唯一的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫的制作與錄制;在表達(dá)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(guò)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(guò)程;在運(yùn)動(dòng)仿真環(huán)境中，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)裝配下的零部件運(yùn)動(dòng)和載荷條件下的動(dòng)態(tài)仿真[6]，運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果可以直接通過(guò)“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(dòng)畫制作命令進(jìn)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(guò)直接或間接的方式驅(qū)動(dòng)相關(guān)的模型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)裝配體的仿真運(yùn)動(dòng)這是Inventor主要的動(dòng)畫制作環(huán)境。

3 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫制作的常用方法分析

3.1 裝配環(huán)境中的約束驅(qū)動(dòng)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(dòng)某一約束時(shí)，Inventor會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)接觸集合內(nèi)的零部件進(jìn)行接觸分析，從而通過(guò)實(shí)體碰撞驅(qū)動(dòng)相關(guān)零件運(yùn)動(dòng)。槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫可以在Inventor的裝配環(huán)境下采用驅(qū)動(dòng)約束的方法制作。但采用該方法僅適用于動(dòng)畫視角單一、驅(qū)動(dòng)約束唯一的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫。這一方面是因?yàn)樵谠摥h(huán)境下錄制動(dòng)畫，其視角轉(zhuǎn)化僅能通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤操作改變，可操作性差;另一方面是因?yàn)樵谠摥h(huán)境下，僅能驅(qū)動(dòng)單一一個(gè)約束，難以同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)約束實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作。因此，當(dāng)僅展示設(shè)備中的槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，則可采用裝配環(huán)境中的約束驅(qū)動(dòng)命令的方法制作，當(dāng)需要同時(shí)展示槽輪機(jī)構(gòu)及其周邊機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種方法難以滿足要求。

3.2 運(yùn)動(dòng)仿真制作方法

Inventor的運(yùn)動(dòng)仿真環(huán)境是制作復(fù)雜機(jī)械動(dòng)畫的主要環(huán)境之一，運(yùn)動(dòng)仿真也是制作槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫的常用方法之一。使用該方法制作槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，主要是利用運(yùn)動(dòng)仿真中的3D接觸或者2D接觸的運(yùn)動(dòng)類型，它們都是模擬非永久穿透接觸的運(yùn)動(dòng)類型。平面槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真采用2D接觸即可，而空間槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真則需要采用3D接觸運(yùn)動(dòng)類型。采用運(yùn)動(dòng)仿真的方法制作槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫需要用戶熟練掌握運(yùn)動(dòng)仿真模塊中的功能，減少軟件仿真過(guò)程的計(jì)算量。在運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，也可以通過(guò)“發(fā)布到Studio”命令將運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果發(fā)布到Inventor Studio，其運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果是通過(guò)“Simulation_Timeline”的參數(shù)保存在Studio的動(dòng)畫收藏夾中。采用這種方法制作的動(dòng)畫逼真可靠，但技巧性較強(qiáng)，工作量大，仿真結(jié)果動(dòng)畫在Studio中與其他約束動(dòng)畫兼容性差，不利于整機(jī)的工作原理動(dòng)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(shí)現(xiàn)不規(guī)則、復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫制作，這種方法也是槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫制作的常用方法之一。槽輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與主動(dòng)撥盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度并不是線性關(guān)系，但通過(guò)幾何計(jì)算可推導(dǎo)得到從動(dòng)槽輪與主動(dòng)撥盤角速度的函數(shù)關(guān)系，將這個(gè)函數(shù)關(guān)系在VBA中用自定義函數(shù)表達(dá)，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(dòng)槽輪與主動(dòng)撥盤以正確的速度運(yùn)動(dòng)。通過(guò)VBA函數(shù)確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系能夠在Inventor Studio中體現(xiàn)出來(lái)，與Studio中的其他約束動(dòng)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(gè)驅(qū)動(dòng)程序，需要編寫一些規(guī)則來(lái)達(dá)到驅(qū)動(dòng)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(diǎn)是代碼非常簡(jiǎn)單，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的機(jī)械工程師來(lái)說(shuō)非常容易掌握[8]。以槽數(shù)為3的平面外槽輪機(jī)構(gòu)為例，其初始狀態(tài)如圖1所示。從動(dòng)槽輪運(yùn)動(dòng)1周，主動(dòng)撥盤運(yùn)動(dòng)3周，將主動(dòng)撥盤運(yùn)動(dòng)的1個(gè)周期劃分為2個(gè)階段，即從動(dòng)槽輪運(yùn)動(dòng)階段和從動(dòng)槽輪靜止階段。在從動(dòng)槽輪運(yùn)動(dòng)階段，從動(dòng)槽輪的槽面始終與主動(dòng)撥盤的圓柱銷相切;在從動(dòng)槽輪運(yùn)動(dòng)階段，主動(dòng)撥盤保持運(yùn)動(dòng)而從動(dòng)槽輪保持靜止?；谏鲜龇治?，可依次為每個(gè)從動(dòng)槽輪的槽面分別與主動(dòng)撥盤的圓柱銷創(chuàng)建一個(gè)相切約束，軟件自動(dòng)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(yǔ)

基于Inventor軟件豐富的動(dòng)畫制作功能，本文析了約束驅(qū)動(dòng)制作法、運(yùn)動(dòng)仿真制作法、VBA函數(shù)制作法等槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫制作常用方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了Inventor iLogic的約束控制的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫制作方法，并以槽數(shù)為3的平面外槽輪機(jī)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(jiǎn)單，且可遷移性強(qiáng)。本研究所涉及的動(dòng)畫制作方法并不局限于槽輪機(jī)構(gòu)，也適用于其他復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)，對(duì)復(fù)雜機(jī)械機(jī)構(gòu)的工作原理動(dòng)畫制作均具有一定的借鑒價(jià)值和指導(dǎo)意義。

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