活動機構裝配運動仿真及碰撞檢測技術應用探討

王法麗 劉廣鑫

摘 要 以CATIA軟件為應用平臺，分析曲柄滑塊的功能原理，提出相關機構運動方案，對相關艙門活動機構進行虛擬裝配及運動仿真，應用靜態與動態碰撞檢測技術對潛在的設計、裝配問題進行評估，提高產品開發效率和質量，降低生產損失。

關鍵詞 虛擬裝配;仿真構建;碰撞檢測

在機械產品設計、制造過程中，通過運動仿真分析，檢測產品的設計是否合理，是否可靠，幫助技術人員全面、深入的了解產品性能。這使得機械設計、制造工作更科學合理，更全面迅速。這些都發生在產品的設計開發過程中，可以避免不必要的浪費，縮短產品的設計、制造周期。

本課題中運動仿真是基于運動學所做的研究，在運動控制中，無須知道物體的任何物理屬性，只關注幾何變換如平移和旋轉等來描述運動。三維實體在這里被認為是剛體，運動過程中不能發生諸如拉伸、壓縮、扭曲等形變。

本文以CATIA軟件為平臺，通過對某新型飛機艙門開/關曲柄滑塊機構的運動模擬、碰撞檢測分析，闡釋在產品制造中，活動機構的運動仿真、檢測技術的應用[1]。

1產品活動機構的運動仿真

1.1 活動機構的建模、虛擬裝配

此飛機艙門開/關驅動結構采用曲柄滑塊機構，其屬于平面連桿機構中的一種典型運動機構，由曲柄搖桿機構演化而來，曲柄作圓周旋轉運動，滑塊作往復直線運動，兩構件都可作為主動件。此艙門開/關機構的滑塊在液壓作動筒作用下作為機構的主動件，帶動曲柄做從動運動。

以CATIA為平臺，構建零件數模并按要求裝配組合，具體過程不是本文重點，不再詳述。

1.2 運動機構仿真構建

機構零件虛擬裝配組合后，根據曲柄滑塊機構的運動原理，分析、拆解活動構件，確定機構傳動路線，簡化傳動單元，構建零件間運動副及運動參數。①簡化艙門開/關機構，只保留直接參與行程的零件。液壓作動筒直線往復運動帶動曲柄作圓周運動，從而釋放/鎖緊鎖機構開/關艙門。由于結構空間原因，曲柄圓周運動有與結構框架碰撞可能。②以 CATIA DMU 運動機構模塊為分析平臺，構建艙門曲柄滑塊機構零件間運動副。初始曲柄繞固定螺栓做旋轉運動，關聯從動曲柄圓周運動，最終末端曲柄繞固定螺栓從動圓周運動。根據上述分析，構建運動副組合。③運動副構建完成后，在初始曲柄旋轉運動副中施加角度驅動，對機構仿真提供動力源，如圖1。④編輯動畫仿真參數，模擬艙門開/關機構運動，展示曲柄機構往復運動最大行程，如圖2。

通過分析艙門開/關曲柄滑塊機構的運動機理，構建運動元件運動副，編輯相關參數動態演示活動機構運動行程[2]。

2活動機構運動過程中碰撞檢測

隨著虛擬現實、分布式交互仿真等技術應用，虛擬裝配環境下剛體間的運動碰撞檢測問題得以解決。精確的碰撞檢測技術對提高虛擬環境的真實性、增強虛擬環境的沉浸感有著至關重要的作用，通過虛擬環境下的碰撞檢測技術可以真實再現裝配、使用過程中可能遇到的問題，從而可以提前解決，提高效率、降低損耗。

進入CATIA 裝配模塊，選用碰撞和剖切面命令，分析檢測曲柄構件與結構框架之間的間隙情況，如圖3，檢測結果：曲柄與結構框架發生干涉碰撞，干涉值3.83mm。

檢測結論：通過碰撞檢測模擬分析，艙門開/關機構結構設計有缺陷，需改進[3]。

3結束語

通過闡述典型平面連桿機構—曲柄滑塊機構的運動原理，結合某型飛機艙門開/關機構運用CATIA軟件制作運動仿真，較好地將平面連桿機構的理論和實際應用緊密聯系。通過虛擬仿真技術，展示活動機構的靜、動態碰撞檢測結果，從而對機構布局提供參照，提高了產品研制效率。目前的運動仿真，前提是假設零件為剛體，構件受力運動不發生物理形變，對于復雜且具有剛度可變元件的機構，并不能完全、真實反映出機構的實際情況。隨著計算機技術和虛擬現實技術的發展，將能夠真實展示全維度、全剛度機構運動。

參考文獻

[1] 王葉明.虛擬裝配模型的運動仿真技術研究[D].沈陽：沈陽理工大學，2007.

[2] 楊義慧，余波.曲柄滑塊機構的典型應用分析與運動仿真[J].中國設備工程，2018，（11）：187-188.

[3] 石曉虎，司小斌，宋引.基于UG的礦用減速器虛擬裝配與運動仿真應用[J].科技資訊，2017，（35）：15-16.