研究方法与步骤优化方案

在机械设计中，对运动学的分析长期以来一直停留在靠数值计算获得机构的运动学参数。求解过程中，通常要对实际机构进行简化和抽象建立简化的运动学模型，经简化的运动学模型与实际机构相比，无论在外形上还是实际约束关系上都存在较大的差距，这就导致一方面计算误差较大，另一方面进行分析需要深奥的理论基础知识，必须专业人士才能进行研究。这里所提的运动学可视化研究与传统方法有着本质的区别，它是建立在三维实体模型基础上进行运动学仿真研究的，精度高且便于非专业人士掌握和使用。运动学可视化分析可按图10-12所示流程进行。

（1）创建运动学模型 前面已经叙述，进行各种可视化仿真的各模型间是有一定联系的，进行运动可视化仿真可在装配模型的基础上进一步修正获得。当然，用此模型进行运动仿真无论从模型外观还是结果都是相当精确的。当进行方案讨论或其他需要时也可进行运动可视化仿真，此时可按需要机构进行简化求解。流程图10-12中是按导入装配体模型进行处理的。

导入装配体模型后，下一步工作就是要区分活动构件和固定构件。与机构（组合）和机构系统的实体装配模型相比，运动模型将系统的构件集合分为活动构件和固定构件两大类，活动构件自由度DOF=1，固定构件与机架相连，DOF=0，具体操作时，需要根据具体情况从实体装配模型中分别选取。对各构件间施加各种约束，常见的运动副有移动副、转动副、固定副、球形副、齿轮副等。接下来，给模型施加各种作用力。运动模型考虑四种类型的力：作用力[单作用力（矩）、组合作用力（矩）]、柔性连接力（弹簧力、阻尼力、轴套力、施加无质量梁和力场）、特殊力（重力等）和接触力。在定义力时，需要说明的是力还是力矩、力作用的构件和作用点、力的大小和方向。经过以上步骤就完成了对运动模型的创建。

（2）对所创建的运动模型进行测试 对运动学模型进行测试是非常重要的，只有测试合格的模型方可进行下一步仿真，否则仿真的结果是不可靠的。测试模型指对模型进行初步的可视化动态模拟，通过动态模拟结果检验模型中各个构件、约束及力是否正确，运动是否符合基本要求。测试中可发现创建运动模型中的各种错误，要及时地加以修正。

（3）输入相应的驱动参数进行动态仿真 经过测试满足仿真要求的模型可进行仿真操作。输入的驱动参数包括：旋转驱动、移动驱动等。在动态仿真过程中要进行各种测试，包括进行运动干涉检验和运动学参数测量：①运动干涉检验通过设计待观察的构件，启动干涉检验功能，在可视化动态模拟过程中观察和检验待观测构件是否与周围构件发生干涉，并提示干涉位置和形状信息；②运动学参数测量是指对位移、速度、加速度、反作用力等参数进行测量，包括对实体对象的测量、点的测量、点到点的测量、姿势的测量、角度的测量和范围的测量等。在定义了这些测量后，当进行动态模拟时，运动模型自动显示出测量对象的曲线图，使用户可以看到动态模拟和测量的结果。此外，还可以进行几种方案的对比试验，寻求最优的方案。

（4）仿真结果分析 运动学可视化动态模拟结果分析主要有三个方面：①输出干涉检验报告，以图表及画面输出的检验报告对运动干涉情况做出判断；②输出测量的数据，以曲线的形式输出各参数随时间的变化关系，进一步通过处理得到各参数之间的关系，帮助用户分析设计方案的运动学相关特性，输出特征点的运动轨迹，观测运动模型移动构件上特征点的运动轨迹，帮助设计者进行轨迹优化和轨迹综合的分析；③运动动画输出，通过动画输出将可视化动态模拟过程保存下来，供其他用户分析研究，而且可视化动态模拟过程生成动画后，可以加快回放速度，常用的动画格式为avi格式。(www.xing528.com)

图10-12 运动学可视化分析流程

整个运动学可视化分析是一个反复修改再进行仿真的一个循环过程，通过若干次仿真，最终获得经优化的运动学机构及相关驱动参数。

在实施运动学可视化分析过程中，通常可以采用几种软件配合来实现仿真过程。三维CAD软件用于几何模型的构建，前面提及的SolidWorks、UG、Pro/E等都可方便地创建模型。运动仿真软件用于机构运动状况的模拟。简单的运动仿真，如进行运动干涉及轨迹测量等也可用上面提到的CAD建模软件来完成，但较复杂的运动仿真必须采用专用的运动分析软件来完成，MSC.ADAMS就是常用的一个通用运动仿真分析软件，可进行参数化试验及在线运动参数测量。