1、.畢業論文_可調式行走機構設計-運動學分析和建模畢業論文_可調式行走機構設計-運動學分析和建模第一章 緒論1.1 課題的研究背景和意義近年來，對雙足行走運動的研究成為了力學、機械、控制、機器人學、生物學、心理學等學科的熱點問題。與大多數四足或六足的動物相比，人類的雙足行走運動可以把上肢解放出來，在運動的過程中完成其他的任務，且可以實現在更復雜、更崎嶇的環境中運動；同時，人類的雙足運動在穩定性的控制上也具有更高的要求。自 20 世紀 90 年代以來，對雙足行走機器人的研究成為了國內外學者關注的一個熱點問題。將基于主動控制的雙足運動與基于被動行走的雙足運動相結合，對于提高雙足機器人的運動效率，實現

2、多種運動步態都有十分重要的意義。世界上第一臺的機器人樣機制造于1954年的美國，它基本上體現了現代工業應用的機器人的主要特征，雖然它僅僅是一臺試驗樣機，但是為機器人的進一步發展起到很大的推動和指引作用。隨后美國的聯合控制公司（ConsolidatedControl Company)于1960年研制出了第一臺具有真正意義的工業機器人。兩年后美國的機床與鑄造公司AMF也生產出了另外一種可以進行編程并實際用于工業操作的工業機器人。20世紀70年代，機器人技術開始向產業化發展，并逐漸發展成為一門專門的有著自己較系統理論的一門學科機器人學（Robotics)，這樣就進一步擴大了機器人的應用領域，如圖1所

3、示為機器人的各種應用實例。圖1 機器人各種應用領域隨后各種坐標系統、各種結構機器人的相繼出現以及計算機輔助設計技術的飛躍發展，使得機器人的性能和結構有了很大的進步，同時成本也在不斷下降。20世紀80年代，各種不同結構、不同控制方法以及不同用途的工業機器人在工業比較發達的國家已經進入了真正的實用化普及階段。隨著傳感器技術和智能.技術的發展，智能機器人的研究范圍也逐漸擴大，機器人的視覺、觸覺、力覺、聽覺、接近覺等方面的研究大大的提高了機器人的自適應能力，促進了機器人的人性化進程。20世紀90年代，機器人伺服驅動系統迅速發展，這一時期，各種裝配的機器人產量增長迅速，與機器人配套使用的裝置和視覺技術也

4、得到迅猛發展。21世紀以來，機器人不僅僅局限于桿件結構，人們開始賦予它新的“肌肉”、“血管”，使其能夠更好的比照人類進行運動和“生活”。這時期，機器人的形象更加豐富，感官、知覺等也越來越“人性化”。近幾年，機器人特別是雙足機器人產業發展突飛猛進，不管是從專業技術水平上，還是從裝備的數量上，都具有集中優勢。機器人研究強國日本研發的新型的面向人們日常生活和服務行業的“醫療機器人”、“唱歌機器人”、“服務機器人”等正逐漸進入角色，走進人們的生活，如圖2和圖3所示。2011年全球組織機器人進行全程馬拉松大賽，要求兩條腿的機器人完成約42.2公里的奔跑，此次比賽就是為了證實機器人的耐久性和靈活性。圖2

5、“唱歌機器人”和“服務機器人”圖3 “醫療機器人”和“工業機器人”研究雙足行走機器人的目的和意義主要體現在以下 2 個方面：1) 設計、研制高效、穩定的雙足機器人及輔助行走設備，推進工程技術的進步。從上個世紀開始，各國科學家一直致力于研制具有雙足運動能力的仿人機器人。雙足機器人可以幫助人們在復雜的環境下作業、為人類服務。目前比較有代表性的是本田公司于 2000 年發布的雙足機器人 ASIMO，高度為 120 cm，重量 43 kg，可以實現行走、舞蹈、上下樓梯等運動，并可以與人交互，完成推車、導游等任務。將雙足運動的機理應用到人工智能假肢中，進行助殘和康復方面的研究也是雙足運動領域的一個熱點問

6、題。2) 通過對雙足運動規律的研究，更好地理解人類雙足行走的機理。人類的雙足行走運動是一個非常復雜的過程，需要包括下肢和軀干在內的很多塊肌肉的協調配合，來達到穩定的行走。由于人類可以在各種復雜的環境中實現自然、穩定、高效的行走，人類的行走運動為研制雙足機器人提供了一個很好的自然界的范本。通過對雙足行走機器人以及雙足運動建模的研究，可以幫助我們進一步探索、發現人類雙足行走的機理。1.2研究現狀1.2.1國外研究現狀國外的機器人技術發展和起步比國內較早，以歐、美、日的發展最為迅速。法國于2000年開發了一種具有15個自由度的能夠適應在未知外界條件下的步行機器人BIP2000，可以實現靜止站立、勻速

7、行走、在線爬坡和簡單上下樓梯等動作。麻省理工學院2005年設計研制了的機器人Domo，如圖4所示，該機器人具有29個自由度，雖然它的部分關節雖然沒有利用電動機和控制器，但是卻能實現穩定的仿真運動，隨后其又提出了一種虛擬模型控制策略（Virtual Model Control-VMC)，并且有效的應用于名為Spring Turkey和Spring Flamingo的兩個雙足機器人的控制系統中。同時為了能夠更加有效的利用機械勢能使其腿部能夠完成被動的擺動過程，在步態規劃的過程中參考了人類行走過程中的部分機構被動特性，將步態周期劃分四個階段分別設計研究，而且在實際的行走試驗過程中無明顯的停頓現象。此

8、外，美國還推出了可以奔跑和表演體操的平面型雙足機器人，最大速度高達4. 3m/s。圖4 機器人Domo日本本田公司1996年研制出了世界上第一臺可以實現無線控制、動態行走、的自主型仿人步行機器人樣機P2，速度可達3km/h、并且能上下樓梯、推動物體，高182cm，重210kg,具有30個自由度，隨后推出了自適應雙足步行機器人P3，該機器人設有傳感器，自適應能力較強，可以在障礙地面穩定行走，是一款可以自行上樓梯的仿人形機器人。還有可以自由轉向的仿人形機器人ASIMO,具有26個自由度，其身高120cm，體重42kg，行走速度范圍是0-1.6km/h，可以自我預測下一個動作并提前改變重心，可以進行

9、彎腰、上下樓梯、“8”字形行走等各項“復雜”動作，此外還可以與人握手、揮手，甚至可以隨著音樂緩緩起舞。1.2.2國內研究現狀目前，隨著機器人技術的完善以及應用的領域的擴大，我國的機器人技術也得到了迅速的發展并逐步形成體系。特別是21世紀以來，機器人技術發展更是突飛猛進，無論是工業還是服務業領域都有了較大的發展。國防科技大學研究出了擁有12個自由度的空間性雙足機器人KDW-3，實現了步長0.2m、周期0.8s的動態行走，并具備轉彎功能，該機器人最大可爬行角度為13°的斜坡其后，于2000年又研制出了仿人型機器人“先行者”號，如圖5所示，它的控制系統擁有一定的語言功能，實現了機器人技術的

10、重大突破。圖5 仿人型機器人“先行者”號2000年，上海交通大學智能機器人研究室研制除了共有24個自由度的仿人機器人SFHR，包含腿部的12個自由度、手臂的10個自由度和身上的2個自由度，可以實現步長0. Im，周期3.5s的步行運動。2001年又制造了 “交龍”號輪椅機器人，“交龍”號的智能輪椅配備有激光測距雷達和視覺傳感器，可以通過引導和實踐自動記憶環境地圖，具有高精度自定位能力，該輪椅具有靈敏迅捷的躲避障礙和路徑規劃能力、觸摸屏和語音交互功能以及高度的安全性和機動性。2002年，北京理工大學設計的擁有32個自由度的仿人機器人BHR-1，如圖6所示，可實現步長0.33m,速度Ikm/h的動

11、態行走，并能根據自身的傳感器和平圖6 仿人機器人BHR-1衡感知能力來平衡自身與地面的接觸狀態，實現未知地面的穩定行走2004年哈爾濱工業大學設計研發了一款可以踢球的仿人足球機器人"HIT"，該機器人身高約50cm,共有17個關節，全身各個關節包括腰部、膝蓋、胯部、腳踝等都是用螺絲連接，該機器人的行走速度可以達到0.2m/s，其頭部配有攝像頭，用來判斷識別足球、其他球員以及障礙物，從而在比賽過程中自適應避障、準確射門，另外，它還可以進行爬樓梯等運動。近期清華大學在985計劃的支持下設計出了仿人型機器人THBIP-1，該機器人具有32個自由度，高170畫，重130kg,具有良

12、好的自適應能力和反應能力。此外，我國于2008年組織了雙足機器人足球賽和機器人武術擂臺賽，這時的機器人的反應更加敏捷，對周圍感知能力更強，而且更具有“人”性化。1.3 雙足行走機器人的分類目前國內外對雙足行走運動的研究，可以從穩定性角度和力學角度進行分類。1.3.1 從穩定性的角度分類從穩定性的角度，雙足行走可以分為靜態行走和動態行走。將能包容機器人足底與地面之間的所有接觸點的最小多邊形區域稱為支撐多邊形，則在靜態行走中，在運動過程中行走者的質心在地面上的投影始終不超過支撐多邊形的范圍。而在動態行走中，行走者的質心在地面上的投影在某些時刻會在支撐多邊形之外。靜態行走的優點是可以時刻保證穩定性，

13、缺點是行走速度會受到極大的限制。動態行走中，很多機器人采用的是基于零力矩法(zero moment point，ZMP)的控制方法。這種機器人在行走過程中，支撐腿的腳掌與地面保持全接觸的狀態。相比于靜態行走，基于 ZMP 的行走中的限制條件更寬松一些，機器人也可以實現在更大速度范圍內的運動，但是在運動效率、步態自然性等方面依然和人類行走相差比較遠。與基于 ZMP控制的行走方式相比，基于極限環的行走(limitcycle walking)中的限制條件更為寬松?；跇O限環行走的概念最早由 Hurmuzlu 等人提出，Hobbelen等人又進行了系統的整理，其基本思想是：將行走運動看作一個極限環，不

14、是在每時每刻都局部穩定，但是在整體上能形成穩定的周期運動序列。這種運動方式的雙足機器人，具有更高的運動效率，而且更容易實現較高速度的行走。1.3.2 從力學角度分類從生物力學角度，雙足行走可以分為基于主動控制的運動和基于被動行走的運動?；谥鲃涌刂频碾p足行走中，一般在所有關節都施加驅動，各個關節的運動軌跡是事先指定好的，根據期望的關節軌跡，計算各時刻所需要施加的驅動力矩，用軌跡跟蹤的方法控制機器人各關節準確跟蹤事先指定的軌跡。這種控制方法的優點在于：可以對機器人的運動方式進行精確的規劃，機器人可以在驅動器功率允許的范圍內完成各種復雜的運動，便于實現對雙足運動的精確控制；缺點在于：能量消耗大，效

15、率低，對驅動器的性能要求較高，步態不自然，與實際人類運動相差較大?；诒粍有凶叩碾p足運動，一般不對各個關節的運動軌跡進行精確的規劃，直接施加較簡單的驅動和控制即可實現行走。這種行走的優點是運動效率高，步態自然，接近人類實際運動，制作相對簡單，易于實現；缺點是控制難度高，運動的穩定性不容易保證，難以實現上下樓梯，跨越障礙物等較復雜的運動。1.4 虛擬樣機與運動仿真虛擬樣機技術是上世紀80年逐漸興起、基于計算機技術的一個新概念。從國內外對虛擬樣機技術 (Virtual Prototyping, VP)的研究可以看出，虛擬樣機技術的概念還處于發展的階段，在不同應用領域中存在不同定義。一般來講，虛擬樣

16、機技術是將CAD建模技術、計算機支持的協同工作(CSCW)技術、用戶界面設計、基于知識的推理技術、設計過程管理和文檔化技術、虛擬現實技術集成起來，形成一個基于計算機、桌面化的分布式環境以支持產品設計過程中的并行工程方法。產品設計過程中進行虛擬樣機制造和運動仿真，對于提高產品質量和降低成本具有重要的作用。本文將對鑿巖機行走機構進行實體建模，制造虛擬樣機，同時進行運動仿真。虛擬樣機制造在工業發達國家，如美國、德國、日本等已得到了不同程度的研究和應用。在這一領域，美國處于國際研究的前沿，福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發中已經應用了虛擬制造技術，大大縮短了產品的發布時間。波音公司設計的7

17、77型大型客機(如圖10)是世界上首架以三維無紙化方式設計出的飛機，它的設計成功已經成為虛擬制造從理論研究轉向實用化的一個里程碑。圖10 777型大型客機 基于產品的數字化模型，應用先進的系統建模和仿真優化技術，虛擬制造實現了從產品的設計、加工、制造到檢驗全過程的動態模擬(如圖11)，并對其運作進行了合理的決策與最優控制。虛擬制造以產品的“軟”模型取代了實物樣機，通過對模型的模擬測試進行產品評估，能夠以較低的生產成本獲得較高的設計質量，縮短了產品的發布周期，提高了效率，本文將實現馬尾紗包芯紗紡紗機樣機的虛擬制造和動態仿真。圖11 虛擬制造和動態模擬 1.5 本文主要研究的內容1、對可調式雙足行

18、走機構的發展歷史及趨勢以及其在相關領域中的應用進行相關的資料收集，進行分析研究，熟悉相關機構的發展現狀；2、熟悉、理解所研究可調式雙足行走機構的運動學分析的概念、機構組成原理、運動形式以及驅動模式，建立該機構的運動學位置反解方程；3、掌握并能熟練應用Solidworks、ADAMS等三維建模、仿真軟件，建立可調式雙足行走機構的運動學分析的仿真模型；4、在三維實體環境中，識別可調式雙足行走機構的設計參數，針對不同的結構參數，評價機構的各項性能指標，繪制性能圖譜；5、對機構主要部件進行尺度設計使其滿足特定工作任務需求，并繪制零件及裝配圖紙；6、總結設計內容，按照我校關于畢業設計論文的相關要求，撰寫

19、具有一定質量水平的畢業論文；第二章 可調式雙足行走機構運動學分析2.1 機構運動學分析總述行走機構可以看作剛性多連桿機構，它是由一系列連桿通過旋轉或移動關節串聯而成。鏈的一端固定在基座上，另一端是自由的，安裝末端執行器，用以完成各種作業。連桿關節由驅動器驅動，關節與關節之間的相對運動導致連桿的運動，從而使末端達到所需的位姿。為了研究行走機構各個連桿之間的位移關系，可以在每個連桿上固接一個坐標系來描述連桿在該坐標系中的位置，然后再描述這些坐標系與坐標系之間的關系，從而確定連桿與連桿之間的關系。1953年，由Denavit和Hartenberg提出了一種通用的建立機構的運動學方程的方法，即用一個4

20、4的齊次變換矩陣來描述相鄰兩連桿之間的空間關系，然后推導出“末端坐標系”相對于“參考坐標系”之間的等價齊次變換矩陣，從而建立機械手的運動方程。機械手機械系統的運動學分析主要涉及到兩個問題：1、建立運動學方程。即已知各個關節的參數，來求取末端執行器(手爪)的空間位置和姿態，也即求運動學的正解。2、求解運動學方程。即已知機構末端執行器(手爪)的空間位置和姿態，來求取各個關節的相應的參數值。即求運動學逆解。在本文中，將分別介紹行走機構的運動學逆解的求取步驟?？烧{式雙足機器人運動學分析是對其實施運動控制、執行器末端位置實時監測和軌跡規劃的理論基礎。2.2 系統描述與坐標系的建立如圖1所示，為可調式雙足

21、行走機構的方案圖，行走機構每條腿由兩條對稱圖1 行走機構方案圖的支鏈組成，形成并聯機構。每條支鏈由轉動副將各個桿連接起來，對稱支鏈的末端連接動平臺，即行走機構末端，如圖2所示為三維實體結構實體圖。圖2 可調式雙足行走機構三維實體圖如圖3所示，為可調式雙足行走機構的結構簡圖。圖中，Ai(i=1,2)表示支鏈i連架虎克鉸中心。以Ai(i=1,2)的連線所在的直線為x軸，以Ai(i=1,2)的中點為原點o，以與x軸垂直的方向為y軸建立直角坐標系o-xyz。i1(i=1,2)表示支鏈i連架桿與水平線的夾角，i3(i=1,2)表示支鏈i與末端相連的桿與x軸之間的夾角。li0(i=1,2)表示支鏈i連架桿

22、虎克鉸中心到坐標系原點的距離，li1(i=1,2)表示支鏈i第1根桿的長度，li2(i=1,2)表示支鏈i第二根桿的長度，li3(i=1,2)表示支鏈i第三根桿的長度，li4(i=1,2)表示支鏈i第四根桿的長度。oo表示末端中心與坐標系原點的連線矢量，用以確定末端的位置。圖3 行走機構結構簡圖2.3 行走機構位置逆解分析根據行走機構的運動協調性和機器人動力學推倒，進行了行走機構尺度綜合。圖中尺寸有如下關系：(1)(2) (3)(4)(5)(6)(7)對于第一支鏈：(8)(9)對于第二支鏈：(10)(11)根據上述方程，行走機構逆解求解思路為：上述一共四個方程，存在四個未知數：，其中僅有兩個未

23、知數是我們需要求出的：。逆解求解過程如下：由式（7）可得：(12)式中：；。由式（9）可得：(13)式中；注意到式(5)的平方與式(6)的平方和等于1，所以有：(14)對于式(14)的求解可分為兩種情況求解：情形一：當時，此時：這樣展開式（14）可得：(15)整理可得：(16)因此：(17)情形二：當時，此時：這樣展開式（14）可得 (18)整理可得(19)為了求得，將三角萬能公式：；其中。代入方程（19）可得：(20) 整理可得： (21)這樣就有：(22) 式中：； 方程式（21）可以得到兩個值，取的值。 第二個電機的轉角求解與之相同。同理，可以得到第二個電機轉角:(23)式中：；。這樣給

24、定腳的中心點的坐標，即可求出兩個電機的轉角了。給定機構的尺寸后，為驗證算法的正確性，可先選特殊的位置點進行計算，比如X坐標為零時，這兩個轉角的大小應該相同。第三章 行走機構建模裝配和工程圖繪制3.1 三維實體建模概述零件的幾何造型與虛擬裝配是動畫仿真的基礎，為了實現行走機構工作過程的動畫仿真，首先得建立行走機構的三維幾何模型。行走機構三維模型的建立主要包括各個零部件的實體造型以及整機的虛擬裝配。實體造型技術(Solid Modeling)是計算機視覺、計算機動畫、計算機虛擬現實等領域中建立3D實體模型的關鍵技術。計算機實體造型進行虛擬制造，是借助電子計算機及相關技術，對復雜的真實系統和狀態進行

25、數字模擬，具有經濟、安全、快捷、具有優化設計和預測的特殊功能。實體造型技術是指描述幾何模型的形狀和屬性的信息并存于計算機內，由計算機生成具有真實感的可視的三維圖形的技術。目前常用的實體表示方法主要有：邊界表示法(BRep)、構造實體幾何法(CSG)和掃描法。借助計算機進行虛擬制造，具有以下優點：將新產品維修和維護的方法直觀地演示給觀眾，使觀眾更容易理解，以便能準確操作；很多復雜的設備，由于在其設計階段，其工作過程中的狀態無法具體化，采用三維抽象模擬，就可以解決此類問題，大大節省了成本和時間，讓設計者能輕易地理解運行狀態中產品的實際情況，改進設計； 大型設備的運送、現場安裝、安裝過程、

26、現場工作實景，特別是一些特殊場景，無法以傳統的拍攝模式將設備信息展現給觀眾，而采用三維模擬，可以將這些難以表達清楚的場景和過程，一一列舉，清晰準確。 本章將以第二章完成的設計方案為依據，通過計算機進行虛擬樣機的設計和驗證所設計機構的正確性和有效性。3.2 Solidworks三維建模方法幾何建模采用自下而上的建模方法，即根據各個零件的結構形狀與尺寸建立零件的三維幾何模型，然后再按照零件之間的配合與約束關系進行裝配，完成整機的虛擬裝配。Solidworks零部件的建模過程為：首先選取合適的基準面，建立各零部件的平面草圖；其次利用拉伸、特征掃描、旋轉、切除、放樣等命令完成零件的基本特征的造型；然后

27、利用倒角、圓角等命令完成局部的造型，最后完成整個零件的建模，如圖1所示為Solidworks零件三維建模的常用命令。圖1 Solidworks基本建模命令Solidworks提供了強大的裝配功能，如圖2所示為Solidworks常用的基本裝配命令，其優點為：在裝配體環境下，可以方便地設計及修改零部件；可以動態觀察整個裝配體中的所有運動，可以對運動的零部件進行動態干涉檢查及間隙檢測；可以通過鏡像、陣列零部件，設計創建出新的零部件及裝配體。在行走機構機構的裝配過程中，首先插的零部件會自動定義為固定靜止的部件，然后依次插入各零部件，通過一系列的配合約束關系，裝配成整機。裝配前，應該認真分析各零件、部

28、件在部件、整機中的位置、作用、以及相關的裝配關系、運動關系，以保證裝配運動的靈活性、不干涉性。 圖2 Solidworks常用的裝配命令 下面通過介紹裝配過程， 說明在Solidworks中的裝配體生成方法：打開新建裝配體命令，即進入生成裝配體的界面；在裝配體界面中，點擊“插入零部件”命令，如圖3所示，排列各零部件，順序按照從上到下排列。注意插入的零部件應該集中在一個區域，不要過于分散，以便于下一步裝配步驟；裝配時，將所有的零部件通過“重合”、“平行”、“垂直”、“距離”、“同軸心” 等配合約束裝配起來。裝配好具有對稱特征的一邊零部件后，運用圓周陣列特征命令，裝配零件。裝配時，要運用“移動零部

29、件”、“旋轉零部件” 將零件拖動到便于配合的合適位置。裝配時應該注意做干涉檢查，消除裝配干涉，最后裝配成虛擬樣機。本節針對行走機構主要零件分別進行幾何建模與整機虛擬裝配，這是實現行走機構動畫仿真的關鍵。圖3 插入零部件對話框3.3 行走機構零部件建模3.3.1 鉸鏈的建模按上述建模方法，對鉸鏈進行建模。鉸鏈的三維線框圖如圖4所示，三維實體圖如圖5所示。圖4 鉸鏈的三維線框圖圖5 鉸鏈的三維實體圖3.3.2 行走機構末端的建模按上述建模方法，對鉸行走機構末端進行建模。末端的三維實體圖如圖6所示，末端三維線框圖如圖7所示。圖6 末端的三維實體圖圖7 末端的三維線框圖3.3.3 桿的建模按上述建模方

30、法，對桿進行建模。桿的三維實體圖如圖8所示，桿的三維線框圖如圖9所示。圖8 桿的三維實體建模圖9 桿的三維線框圖3.4 行走機構虛擬樣機的裝配3.4.1 行走機構單支鏈的裝配按前述裝配方法，對行走機構支鏈進行裝配。支鏈的三維實體圖如圖8所示。圖8 行走機構單支鏈裝配3.4.2 行走機構整體裝配按前述裝配方法，對行走機構整體進行裝配。整體機構的三維實體圖如圖9所示。圖9 行走機構整體裝配3.5 行走機構零件和裝配工程圖三維數字化模型轉化為二維圖形時大部分是基于工程圖模板的，工程圖模板的好壞直接決定了后續工作的工作量。SolidWorks 軟件中的工程圖在參數驅動后，工程圖的視圖、標注等隨模型變化

31、，這是實現參數化、數字化的基礎；但是模型中的零/部件配置改變或零/部件被替換之后，這些零/部件反映在工程圖中的線(點) 的 IDentity( ID) 發生變化，尺寸標注及注解找不到原來的依附線(點) ，就會造成尺寸標注及注解的漂移甚至報錯，所以解決問題的關鍵在于保證尺寸標注及注解依附線( 點) 的 ID 不變。視圖比例的調整主要依據視圖包絡線對角線長度的變化，視圖包絡線又叫視圖邊界，當指針經過工程視圖的邊界時，視圖邊界被高亮顯示。邊界根據默認緊密套合在視圖周圍; SolidWorks 賦予其大小，不可更改。如果添加草圖實體到工程圖視圖，邊界將自動調整大小以包括這些項目。裝配草圖是數字化設計常

32、用的技術，參數驅動時，裝配草圖在控制零/部件的尺寸和裝配關系的同時，自身的線(點)的 ID 在參數驅動前后保持不變，是尺寸標注及注解依附線(點)的理想選擇，但是裝配草圖中的點和線與工程圖尺寸標注及注解需要的依附線(點)在數量和位置上有一定的區別，需要另外增加輔助線(點)，以便為工程圖中的尺寸標注及注解提供足夠的依附線(點)。這種基于增加輔助線(點)裝配草圖的工程圖模板在參數驅動后，由于尺寸標注及注解依附線(點) 的ID沒有發生變化，不會出現嚴重的尺寸漂移以及報錯現象，但是此類工程圖模板在參數化驅動后仍存在以下問題: 1)視圖比例失調; 2)視圖位置漂移，甚至重疊；3) 尺寸標注、序號線漂移；4

33、)尺寸精度未按實際尺寸顯示; 5)在轉化為DWG 格式的圖形后，線形比例不符合要求。下文以鉸鏈為例，繪制零件的工程圖。3.5.1 鉸鏈的工程圖如圖10所示，在繪制鉸鏈三維實體圖的基礎上繪制鉸鏈的二位工程圖，為實際加工提供圖紙。圖10 鉸鏈的二維工程圖3.5.2 行走機構整體裝配圖如圖11所示，為行走機構整體裝配圖和明細表。圖11 行走機構整體裝配圖和明細表第四章 行走機構裝配動畫仿真和運動仿真4.1 基于solidworks cosmosmotion動畫和運動仿真概述傳統的機械產品設計僅僅注重產品的前期功能性設計，例如結構、功能、成本等，這些依靠常用的CAD 軟件即可完成，后期驗證產品功能時，

34、可使用CAE 軟件進行分析驗證。 在市場經濟條件下的產品開發，除了對產品本身功能進行設計外，還需注意采用多種多樣的形式進行產品的后續宣傳和形象傳遞，如海報、說明書、產品的仿真動畫等，特別是如何使機械產品動態運作符合其實際的工作規律，并且把這種視像記錄下來，這一技術在產品開發過程中正占據著越來越重要的地位。機械產品的三維仿真動畫在產品的設計、開發、加工制造和產品營銷中都具有現實意義。不同客戶對同一產品的要求有時會不一樣，傳統設計要反復修改實物樣品或制造多個實物樣品，周期長，費用高，動態仿真可以根據客戶的修改意見把產品逼真、直觀地模擬演示出來，得到客戶確認后再實際進行生產。在加工制造環節中，動態仿

35、真可以進行直觀的全方位動態視頻演示。因此，制作機械產品的動畫仿真不僅可以縮短設計周期，降低設計成本，同時也增強了產品的競爭力以及與客戶的親和力，方便產品推廣和技術交流。機械產品零部件的三維實體建模與裝配是實現動畫仿真的基礎和前提。對于機械設計而言，單純的零件沒有實際意義，必須裝配成完整部件或機器實體。裝配不僅是表達零件之間的配合關系，也是運動分析、干涉檢查和實現動畫的基礎。裝配的方法是將準備好的零件逐一插入裝配體文件，并依次添加零件之間的配合關系。在SolidWorks中系統默認第一個插入的零件是固定的，以作為其它零件裝配的基礎和參考，因此必須仔細考慮第一個零件的插入，一般選擇產品的支架、底座

36、等主要零件作為第一零件。目前可以完成機械產品動態仿真的三維軟件很多，比較常用的有SolidWorks、Pro/E、UG、Matlab等。性價比較高，設計過程簡單方便的莫過于SolidWorks了。SolidWorks是在Windows環境下實現的一款功能強大的中高端三維CAD軟件，具有超動感的用戶操作界面和獨到的特征管理樹，智能化的裝配功能和動態的運動模擬等特色，而且操作簡單，易學易用。SolidWorks軟件還集成了很多應用插件，如圖1所示，啟用COSMOSMotion插件，秉承SolidWorks一貫的簡便易用的風格，可以很方便的生成形象逼真的機械產品演示畫，讓原先呆板的設計成品動起來，實

37、現產品的功能展示。COSMOSMotion插件集成于SolidWorks軟件中，并且與SolidWorks軟件實現無縫連接。COSMOS Motion插件是一個較強大的裝配分析與仿真模塊，通過它進行行走機構的動畫仿真時，能夠精確地得到行走機構各個零部件的速度、位移、是否干涉等運動情況。圖1 插件對話框SolidWorks軟件通過生成裝配體的爆炸視圖實現產品拆裝的動態仿真。建立爆炸視圖有自動爆炸和手動爆炸兩種方式。自動爆炸可以自動分解零部件，但要受裝配順序的影響。為了準確展現產品的拆裝關系，可以采用手動爆炸方式，合理靈活地選擇零件的爆炸順序、爆炸方向和爆炸距離。方法如下：單擊主菜單中的/插入/爆炸視命令，打開/爆炸屬性管理器，如圖2所示。在裝配體上單擊要爆炸的零件，此時裝配體中被選中的零件以高亮顯示，同時出現一個設置