Inventor的槽輪機構運動動畫制作方法研究

林澤生

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

關鍵詞：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展，市場競爭愈發激烈，企業要增強自身的競爭能力，不但需要提高產品的設計水平，也需要提高投標時產品方案的展示能力和后期產品推介時的宣傳能力。動畫可以在設計過程、投標、產品推廣等不同的階段直觀、形象地表達設計方案或者產品，是一種能夠形象而且直觀地傳遞設計思想的載體[1]，是市場開發和產品推介工作中的一種重要手段。槽輪機構又稱為馬爾他機構，亦稱為馬氏機構或馬氏盤[2]，是一種應用很廣的轉位分度機構，在多工位自動機械中經常用到[3]，例如：冷霜灌裝自動機、糖果包裝機、多工位組合機床等[4]。槽輪機構具有結構簡單、制造容易、工作可靠和機械效率高等特點。但槽輪機構在工作時，槽輪的角速度不是常數[3]，這給采用槽輪機構的機械產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槽輪運動動畫的制作。

2 Inventor軟件動畫制作相關功能介紹

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，它的功能涵蓋了產品草圖設計到工程圖設計等全過程，還包括了專業的運動仿真等功能[5]。Inventor在裝配環境、表達視圖環境、運動仿真環境、Inventor Studio環境等不同的環境都具有動畫制作功能，不同環境下的動畫制作相關命令各有特色，在一定程度上相互補充，為機械產品的運動動畫制作提供了非常便利的條件。

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

3 槽輪機構運動動畫制作的常用方法分析

3.1 裝配環境中的約束驅動制作方法

在裝配環境下，Inventor能為部分零部件創建接觸集合，當在裝配環境下驅動某一約束時，Inventor會實時對接觸集合內的零部件進行接觸分析，從而通過實體碰撞驅動相關零件運動。槽輪機構運動動畫可以在Inventor的裝配環境下采用驅動約束的方法制作。但采用該方法僅適用于動畫視角單一、驅動約束唯一的機構運動動畫。這一方面是因為在該環境下錄制動畫，其視角轉化僅能通過鼠標、鍵盤操作改變，可操作性差;另一方面是因為在該環境下，僅能驅動單一一個約束，難以同時驅動多個約束實現復雜的機械動作。因此，當僅展示設備中的槽輪機構的運動，則可采用裝配環境中的約束驅動命令的方法制作，當需要同時展示槽輪機構及其周邊機構協調運動時，這種方法難以滿足要求。

3.2 運動仿真制作方法

Inventor的運動仿真環境是制作復雜機械動畫的主要環境之一，運動仿真也是制作槽輪機構運動動畫的常用方法之一。使用該方法制作槽輪機構運動動畫，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。平面槽輪機構的運動仿真采用2D接觸即可，而空間槽輪機構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。在運動仿真環境中的仿真結果可以直接使用“發布電影”的命令錄制運動動畫，也可以通過“發布到Studio”命令將運動仿真結果發布到Inventor Studio，其運動仿真結果是通過“Simulation_Timeline”的參數保存在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函數制作方法

自定義VBA函數能幫助用戶在Inventor中實現不規則、復雜的運動動畫制作，這種方法也是槽輪機構運動動畫制作的常用方法之一。槽輪機構從動槽輪的轉動速度與主動撥盤的轉動速度并不是線性關系，但通過幾何計算可推導得到從動槽輪與主動撥盤角速度的函數關系，將這個函數關系在VBA中用自定義函數表達，在Inventor中的fx參數表調用自定義的VBA函數即可使從動槽輪與主動撥盤以正確的速度運動。通過VBA函數確定的運動關系能夠在Inventor Studio中體現出來，與Studio中的其他約束動畫兼容性高，但函數關系推導復雜，VBA函數的編寫需要一定的編程基礎，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內部的一個驅動程序，需要編寫一些規則來達到驅動各類參數以及特征的目的[7]。相比VBA或者VB.net，iLogic最大的優點是代碼非常簡單，對于非計算機專業的機械工程師來說非常容易掌握[8]。以槽數為3的平面外槽輪機構為例，其初始狀態如圖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。基于上述分析，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瀏覽器中創建“槽輪約束控制”規則。

5 結束語

基于Inventor軟件豐富的動畫制作功能，本文析了約束驅動制作法、運動仿真制作法、VBA函數制作法等槽輪機構運動動畫制作常用方法的優缺點，提出了Inventor iLogic的約束控制的運動動畫制作方法，并以槽數為3的平面外槽輪機構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，也適用于其他復雜的機械機構，對復雜機械機構的工作原理動畫制作均具有一定的借鑒價值和指導意義。

參考文獻：

[1]朱殿燁.基于SolidWorks Animator的掘進機升降油缸閥塊運動干涉分析[J].煤礦機械，2012，33（5）：228-230.

[2]尚久浩.自動機械設計[M].北京：中國輕工業出版社，2003.

[3]鄒慧君，殷鴻梁.間歇運動機構設計與應用創新[M].北京：機械工業出版社，2008.

[4]楊良渠，趙麗娟.包機中外槽輪機構運動分析[J].包裝工程，2004（01）：40-41.

[5]Autodesk，inc. AUTODESK INVENTOR 2015官方標準教程[M]. 北京：電子工業出版社，2015.

[6]Autodesk，inc. Autodesk Inventor 2011進階培訓教程[M].北京：電子工業出版社，2011.

[7]馬虎亮，姚子文，王誠.立磨零部件三維模型的參數化研究[J].科技創新與生產力，2016（2）：71-73.

[8]朱煒程，顏志強.iLogic在參數化和批量化建模上的應用[J].港口裝卸，2017（6）：28-31.