Inventor的槽轮机构运动动画制作方法研究

林泽生

摘  要：介绍了Inventor软件动画制作相关功能，基于Inventor丰富的动画制作功能，分析了槽轮机构运动动画制作常用方法的优缺点，提出了一种操作简单、可迁移性强的槽轮机构运动动画制作方法：iLogic约束控制法，并以槽数为3的平面外槽轮机构为例分析了该方法，同时提供该方法的关键iLogic代码，该研究对创建其他复杂机械运动动画具有借鉴价值和指导意义。

关键词：iLogic;VBA;槽轮;运动仿真;动画

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：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

伴隨着科技水平的迅猛发展，市场竞争愈发激烈，企业要增强自身的竞争能力，不但需要提高产品的设计水平，也需要提高投标时产品方案的展示能力和后期产品推介时的宣传能力。动画可以在设计过程、投标、产品推广等不同的阶段直观、形象地表达设计方案或者产品，是一种能够形象而且直观地传递设计思想的载体[1]，是市场开发和产品推介工作中的一种重要手段。槽轮机构又称为马尔他机构，亦称为马氏机构或马氏盘[2]，是一种应用很广的转位分度机构，在多工位自动机械中经常用到[3]，例如：冷霜灌装自动机、糖果包装机、多工位组合机床等[4]。槽轮机构具有结构简单、制造容易、工作可靠和机械效率高等特点。但槽轮机构在工作时，槽轮的角速度不是常数[3]，这给采用槽轮机构的机械产品的运动动画制作带来了制造了很大的麻烦。本文基于Inventor软件丰富的动画制作功能，采用iLogic、VBA、运动仿真等几种不同的方法实现槽轮运动动画的制作。

2 Inventor软件动画制作相关功能介绍

Inventor是美国Autodesk公司于1999年推出的一款可视化三维实体建模软件，它的功能涵盖了产品草图设计到工程图设计等全过程，还包括了专业的运动仿真等功能[5]。Inventor在装配环境、表达视图环境、运动仿真环境、Inventor Studio环境等不同的环境都具有动画制作功能，不同环境下的动画制作相关命令各有特色，在一定程度上相互补充，为机械产品的运动动画制作提供了非常便利的条件。

在装配环境中，零部件之间通过约束或者联接装配在一起，所有的约束均可在该环境中被驱动，在该环境下能够实现视角单一、驱动约束唯一的机构运动动画的制作与录制;在表达视图环境中，装配体的零部件之间不存在任何装配关系，通过记录零部件空间位置的变化顺序与变化情况，能够逼真地展示产品的安装或拆卸过程;在运动仿真环境中，用户能够实现装配下的零部件运动和载荷条件下的动态仿真[6]，运动仿真结果可以直接通过“发布电影”命令录制，或者发布到Inventor Studio环境中，利用Inventor Studio丰富的动画制作命令进一步修饰完善;在Studio环境中，用户能够直接利用零件环境和装配环境下的模型、几何参数、装配关系和装配参数等数据，通过直接或间接的方式驱动相关的模型数据，实现装配体的仿真运动这是Inventor主要的动画制作环境。

3 槽轮机构运动动画制作的常用方法分析

3.1 装配环境中的约束驱动制作方法

在装配环境下，Inventor能为部分零部件创建接触集合，当在装配环境下驱动某一约束时，Inventor会实时对接触集合内的零部件进行接触分析，从而通过实体碰撞驱动相关零件运动。槽轮机构运动动画可以在Inventor的装配环境下采用驱动约束的方法制作。但采用该方法仅适用于动画视角单一、驱动约束唯一的机构运动动画。这一方面是因为在该环境下录制动画，其视角转化仅能通过鼠标、键盘操作改变，可操作性差;另一方面是因为在该环境下，仅能驱动单一一个约束，难以同时驱动多个约束实现复杂的机械动作。因此，当仅展示设备中的槽轮机构的运动，则可采用装配环境中的约束驱动命令的方法制作，当需要同时展示槽轮机构及其周边机构协调运动时，这种方法难以满足要求。

3.2 运动仿真制作方法

Inventor的运动仿真环境是制作复杂机械动画的主要环境之一，运动仿真也是制作槽轮机构运动动画的常用方法之一。使用该方法制作槽轮机构运动动画，主要是利用运动仿真中的3D接触或者2D接触的运动类型，它们都是模拟非永久穿透接触的运动类型。平面槽轮机构的运动仿真采用2D接触即可，而空间槽轮机构的运动仿真则需要采用3D接触运动类型。采用运动仿真的方法制作槽轮机构运动动画需要用户熟练掌握运动仿真模块中的功能，减少软件仿真过程的计算量。在运动仿真环境中的仿真结果可以直接使用“发布电影”的命令录制运动动画，也可以通过“发布到Studio”命令将运动仿真结果发布到Inventor Studio，其运动仿真结果是通过“Simulation_Timeline”的参数保存在Studio的动画收藏夹中。采用这种方法制作的动画逼真可靠，但技巧性较强，工作量大，仿真结果动画在Studio中与其他约束动画兼容性差，不利于整机的工作原理动画制作。

3.3 VBA函数制作方法

自定义VBA函数能帮助用户在Inventor中实现不规则、复杂的运动动画制作，这种方法也是槽轮机构运动动画制作的常用方法之一。槽轮机构从动槽轮的转动速度与主动拨盘的转动速度并不是线性关系，但通过几何计算可推导得到从动槽轮与主动拨盘角速度的函数关系，将这个函数关系在VBA中用自定义函数表达，在Inventor中的fx參数表调用自定义的VBA函数即可使从动槽轮与主动拨盘以正确的速度运动。通过VBA函数确定的运动关系能够在Inventor Studio中体现出来，与Studio中的其他约束动画兼容性高，但函数关系推导复杂，VBA函数的编写需要一定的编程基础，且这种方法的可迁移性较差。

4 基于Inventor iLogic的约束控制法

iLogic是Inventor内部的一个驱动程序，需要编写一些规则来达到驱动各类参数以及特征的目的[7]。相比VBA或者VB.net，iLogic最大的优点是代码非常简单，对于非计算机专业的机械工程师来说非常容易掌握[8]。以槽数为3的平面外槽轮机构为例，其初始状态如图1所示。从动槽轮运动1周，主动拨盘运动3周，将主动拨盘运动的1个周期划分为2个阶段，即从动槽轮运动阶段和从动槽轮静止阶段。在从动槽轮运动阶段，从动槽轮的槽面始终与主动拨盘的圆柱销相切;在从动槽轮运动阶段，主动拨盘保持运动而从动槽轮保持静止。基于上述分析，可依次为每个从动槽轮的槽面分别与主动拨盘的圆柱销创建一个相切约束，软件自动生成相切约束的名称为：“相切：1”、“相切：2”、“相切：3”（如图2所示），在iLogic浏览器中创建“槽轮约束控制”规则。

5 结束语

基于Inventor软件丰富的动画制作功能，本文析了约束驱动制作法、运动仿真制作法、VBA函数制作法等槽轮机构运动动画制作常用方法的优缺点，提出了Inventor iLogic的约束控制的运动动画制作方法，并以槽数为3的平面外槽轮机构为例分析了该方法的主要原理，提供了主要的iLogic代码，这种方法操作简单，且可迁移性强。本研究所涉及的动画制作方法并不局限于槽轮机构，也适用于其他复杂的机械机构，对复杂机械机构的工作原理动画制作均具有一定的借鉴价值和指导意义。

参考文献：

[1]朱殿烨.基于SolidWorks Animator的掘进机升降油缸阀块运动干涉分析[J].煤矿机械，2012，33（5）：228-230.

[2]尚久浩.自动机械设计[M].北京：中国轻工业出版社，2003.

[3]邹慧君，殷鸿梁.间歇运动机构设计与应用创新[M].北京：机械工业出版社，2008.

[4]杨良渠，赵丽娟.包机中外槽轮机构运动分析[J].包装工程，2004（01）：40-41.

[5]Autodesk，inc. AUTODESK INVENTOR 2015官方标准教程[M]. 北京：电子工业出版社，2015.

[6]Autodesk，inc. Autodesk Inventor 2011进阶培训教程[M].北京：电子工业出版社，2011.

[7]马虎亮，姚子文，王诚.立磨零部件三维模型的参数化研究[J].科技创新与生产力，2016（2）：71-73.

[8]朱炜程，颜志强.iLogic在参数化和批量化建模上的应用[J].港口装卸，2017（6）：28-31.