三维动画技术在机构运动模型构建中的应用(2)

时间:2008-12-07   来源:   网友评论:0   人气: 240 作者: 天津农学院 李书环 李艳聪



以对心直动推杆盘状凸轮机构为例,介绍正向运动功能在构建机构运动模型中的应用,如图4所示。


图4 凸轮机构

在凸轮机构运动模型构建过程中,首先建立虚拟物体,并为其指定Path控制器,使虚拟物体沿凸轮轮廓曲线运动。在3ds max中,这种沿曲线的移动是匀速的,与凸轮匀速转动时虚拟物体的运动情况不相符。因此,根据凸轮轮廓曲线的具体形状,虚拟物体随凸轮转角变化的运动曲线改变后,如图5所示。


图5 虚拟物体运动曲线

为了使虚拟物体始终处于转动凸轮轮廓与推杆运动轨迹的交点处,利用相对运动的原理,为凸轮设置一个反向的转动(与其实际转动方向相同),转动角度随时间变化的曲线,如图6所示。


图6 凸轮运动曲线

准备工作基本完成后,接下来需要建立层级关系,使推杆成为虚拟物体的子物体,这样虚拟物体运动就可带动推杆运动了。为使推杆直动,限定推杆只继承虚拟物体Z轴方向的运动,凸轮机构运动模型就建成了。

(2)利用反向运动功能,构建机构运动模型

在机构的运动过程中,如果运动构件之间相互影响,也就是说,子物体反过来还可以影响父物体,使父物体受到子物体约束,就需要反向运动功能了。反向运动关系可以通过限定子物体的运动范围来约束父物体运动。下面,以曲柄滑块机构为例,说明反向运动功能在构建机构运动模型中的应用,如图7所示。


图7曲柄滑块机构

首先要在各构件之间建立层级关系,并据此确定它们的运动牵连关系,从而使它们形成一个有机的整体。在曲柄滑块机构中,由于连杆做平面运动,无法使连杆同时移动和转动,所以在曲柄滑块机构中,就产生了两个层级关系。

接下来,根据曲柄滑块机构运动特点,建立如下运动约束。

1)对于转盘,正向运动锁定所有方向的移动和X、Y轴向的转动,使之只能在XOY平面绕Z轴转动。反向运动激活Z轴的转动。

2)对于销1 ,正向运动锁定所有方向的移动和转动,继承所有方向的移动和转动,反向运动不激活任何转动和移动。使之作为原动件的子物体,与原动件没有相对运动。

3)对于连杆,正向运动锁定所有方向的移动和转动,使之不能独立运动,并继承Y向移动和Z轴的转动。反向运动激活Z轴的转动。

4)对于销2,正向运动锁定所有方向的移动和转动,继承所有方向的移动和转动,反向运动不激活任何转动和移动。使之作为原动件的子物体,与原动件没有相对运动。

5)对于滑块,正向运动锁定X、Z方向的移动和所有方向的转动,使之只能沿Y轴做直线运动。反向运动不激活任何方向的转动和X、Z方向的移动。

设置完成后,通过交互式IK方式将曲柄滑块机构设置成动画。由于构件间已建立了正反向运动的牵连关系,将圆盘的匀速转动做成动画,机构的运动模型就建成了。

三、结束语

利用三维动画技术制作机构运动模型,极大地降低了材料与时间成本,同时,由于能够建立准确的运动曲线,确定构件之间的运动关系,并能对构件所受的运动阻力、惯性力等进行模拟,由三维动画技术构建的机构模型就具有了足够的仿真性


 

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