维普资讯 http://www.cqvip.com ＡｕｔｏＣＡＤ环境下的机构运动仿真 阮景奎刘文成 ４４２００２ 湖北汽车工业学院机械工程系，湖北十堰摘要：介绍在ＡｕｔｏＣＡＤ环境下采用ＡＲＸ应用程序对机构进行运动仿真的基本原理和方法，并以移动凸轮为例阐述了运动 仿真的实现过程。 关键词：ＣＡＤ；机构；运动仿真；ＡｕｔｏＣＡＤ 中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ文章编号：１００１—２２６５（２００４｝０３—００８６—０２ 随着产品更新速度的加快，在计算机上动态显示平面机构 的运动无论对分析机构的运动情况还是进行机构的设计都显得 日益重要。计算机软硬件技术的发展，为计算机的运动仿真提 供了良好的条件。目前，实现机构运动仿真的软件工具很多，如 各种计算机语言（如Ｃ、Ｃ＋＋等）和三维动态仿真软件（如 ３ＤＭＡＸ）。采用后者，动态效果好，形象逼真，但难以改变机构 参数，采用计算机语言编程，动态效果差，但可以随时改变机构 的参数，而改变机构参数的实际意义更重要一些。作者采用 Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司的ＡＲＸ开发工具，对ＡｕｔｏＣＡＤ进行二次开发，实 现机构的ＣＡＤ和运动仿真。ＡｕｔｏＣＡＤ是工程技术人员广泛使 用的ＣＡＤ软件，因此在ＡｕｔｏＣＡＤ环境下采用ＡＲＸ编程语言进 行机构ＣＡＤ及其运动仿真更有实际意义。 （ａｄｄ１）语句得到最近生成的实体，也就是将实体加入到选择集 中，并给该实体命名为ａｄｄｌ。 ａｃｅｄＳＳａｄｄ（ＮＵＬＬ，ＮＵＬＬ，ｓｓａｄｄ１）语句是在当前产生一个 空的选择集，并将选择集命名为ｓｓａｄｄｌ。 ａｃｅｄＳＳａｄｄ（ａｄｄｌ，ｓｓａｄｄｌ，ｓｓａｄｄ１）该语句是将最近生成的实 体将入到选择集中，以便统一管理。该选择可以在整个图形生 成周期中存在，通过循环可以在该选择集中继续增加实体。 （２）对于复杂图形，则可以采用另外一种方式得到实体。这 种方式可以极大的减轻我们的编程工作量，即通过设定过滤条 件来选择实体。过滤条件有很多种，详情可查阅相关资料。在 此我们只介绍其中的一种，即窗口选择模式。先在ＣＡＤ图形文 件中绘图然后打开该图形文件，在图形文件上确定两个点类型 变量ｃｈｅｌ、ｃｈｅ２，以这两个点确定一个矩形窗口，对窗口内的实 体进行选择。譬如： 通过ａｃｅｄＳＳＧｅｔＣＷ”，ｃｈｅｌ，ｃｈｅ２，ＮＵＬＬ，ｃｈｅ）就将以ｃｈｅｌ， ｃｈｅ２的矩形窗口所确定的实体加入到选择集ｃｈｅ中，在以后的 程序中便可以通过该选择集进行图形处理。 １。３选择集的处理 通过以上方式我们就可以得到选择集，接着就可以对选择 集进行操作了。处理选择集的关键字为ＲＴＰＩＣＫＳ或ＲＴＥ— ＮＡＭＥ。 １ ＡｕｔｏＣＡＤ环境下动画制作原理 在ＡｕｔｏＣＡＤ环境下进行动画制作需要将实体加入到选择 集中，在选择集中对其中的实体进行整体操作。在这里，选择集 就相当于一个容器，它包含了需要进行移动、旋转、更改实体属 性等变换的实体。 １．１选择集 为了在ＣＡＤ中实现动画，就必须用到一种新的数据结构： ｓ—ｎａｍｅ。这种类型的数据用来保存成功选择的实体的结果。 通常用户选择实体是为了能获得并修改实体的数据特征，而这 也正是我们进行动画仿真所必需的。 选择集就是ＣＡＤ当前图形中的一组实体，它是ａｄｓ—ｎａｍｅ 的对象。选择集是实体的有名集合，ＣＡＤ通过实体名对实体进 行引用，选择集中的实体由ＡｕｔｏＣＡＤ用户手工选择或者依据实 体特性进行选择。首先我们先介绍几个函数： （１）ｃｅｄＳＳＧｅｔ（ｃｈａｒ＊ｓｔｒ，ｖｏｉｄ ｐｔｌ，ａｄｓ—ｐｏｉｎｔ ｐｔ２，ｓｔｒｕｃｔ 例如： （１）ａｃｅｄＣｏｍｍａｎｄ（ＲＴＳＴＲ，”ＭＯＶＥ ，ＲＴＰＩＣＫＳ，ｌｉｕ０１，ＲＴ— ＳＴＲ， ，ＲＴＳＴＲ， ｏ， ｜，ＲＴＳＴＲ， ２， ，ＲＴＳＴＲ， ．０ 本命令是调用ＣＡＤ的ｍｏｖｅ命令，选择由ｌｉｕ０１所定义的实 体（选择集），并将实体从目前位置向 轴的正方向移动２个单 位。 （２）ａｃｅｄＣｏｍｍａｎｄ（ＲＴＳＴＲ， ＲＯＴＡＴＥ＂，ＲＴＰＩＣＫＳ．ｂｕｓｌ０， ＲＴＳＴＲ， ，ＲＴＳＴＲ， ３９５，１６０＂，ＲＴＳＴＲ，”Ｒ，，，ＲＴＡＮＧ．０，７３９． ｒｅｓｂｕｆ＊ｅｎｔｍａｓｋ，ａｄｓ—ｎａｍｅ ｓｓ）这个函数是以ｓｔｒ字串指定的模 式，以ｅｎｔｍａｓｋ过滤条件选择实体集合，并放在选择集８８中。 （２）ａｅｅｄＣｏｍｍａｎｄ（ｉｎｔ ｒｔｙｐｅ［，ａｒｇｕｍｅｎｔ］．．．）这个函数的作 用是调用一个或多个固定的ＡｕｔｏＣＡＤ指令。其中的ａｒｇｕｍｅｎｔ 除了可以是ＡｕｔｏＣＡＤ指令字符串外，当它是常数时可以是字 串。括号中的参数表是可变长的。 （３）ａｃｄｂＥｎｔｌａｓｔ（ａｄｓ—ｎａｍｅ ｒｅｓｕｌｔ） ＲＴＡＮＧ，０．０，ＲＴＳＴＲ， ，０）； 该命令与以上ｍｏｖｅ命令相似，实现的功能是：将所选定的 ｂｕｓｌ０的实体从目前位置绕（３９５，１６０）点沿逆时针方向转动 ０．７３９。 （３）ａｃｅｄＣｏｍｍａｎｄ（ＲＴＳＴＲ，”ＣＨＰＲＯ ，ＲＴＰＩＣＫＳ，ｌｉｕ０７， ＲＴＳＴＲ， ，ＲＴＳＴＲ， Ｃ”，ＲＴＳＨＯＲＴ，３，ＲＴＳＴＲ， ，０）； 此函数在图形中找出最近的实体，并把图形数据库中最近 的主实体名存入ｒｅｓｕｌｔ。即使最近的实体在屏幕之外或在冻结 的层上也能选到。 １，２选择集获取方式 获得选择集一般有以下两种方式： （１）对于简单的图形，通过程序自动生成，随后将这个图形 通过ＡＲＸ命令加入选择集中。譬如： ａｄｓ—ｎａｍｅ ｓｓａｄｄｌ，ａｄｄｌ； 该命令是改变系统的设置，命令实现的是改变选择集ｌｉｕ０７ 选定的实体的颜色。 （４）选择集的删除与释放 调用ＡＲＸ命令ａｅｅｄＳＳＤｅｌ（ｓｓｎａｍｅ），ａｃｅｄＳＳＦｒｅｅ（￥８１［１ａｍｅ）以 实现之。整个命令是针对ＣＡＤ的图形库操作的。 通过以上的描述，我们已经解决了选择集的问题。但是要 实现实体选择集的连续运动还需要添加循环函数。只有这样才 能使图形真正的动起来，实现动画。 定义选择集或实体名，然后是通过程序中的ａｃｅｄＣｏｍｍａｎｄ 调用ＣＡＤ命令实现对选择集的应用，接着通过ａｅｅｄＥｎｔｌａｓｔ ２移动凸轮的运动仿真实例 ２。１初始图形绘制 组合机床与自动化加工技术 维普资讯 http://www.cqvip.com 在这里我们的目的是绘出移动凸轮，并动态的画出凸轮上 顶杆的速度曲线和加速度曲线。为此我们首先通过程序画出移 动凸轮及顶杆的外形并加入选择集，除此以外还要在程序开始 处定义命令。下面就是移动凸轮的绘制程序： ａｃｅｄＣｏｍｍａｎｄ（ＲＴＳＴＲ。 ＰＬＩＮＥ ，ＲＴＳＴＲ， １８０．１００＂．ＲＴＳＴＲ． ”Ｗ ，ＲＴＳＴＲ，”１”，ＲＴＳＴＲ，”１”，ＲＴＳＴＲ，”１８０，１１５”，ＲＴＳＴＲ，” ２４０．１ｌ５ ．ＲＴＳＴＲ．”２４０，１６１“，ＲＴＳＴＲ． ３２０，１１５ ．ＲＴＳＴＲ． ３８０， １１５ ，ＲＴＳＴＲ，＂３８０，１０ｆｔ ，ＲＴＳＴＲ， １８０，１００＂，ＲＴＳＴＲ，” ，０）； ａｄｓ—ｎａｍｅ ｌｉｕ００，ｌｉｕ０１； ｃｄｂＥｎｔａｌａｓｔ（１ｉｕ００）； ａｃｅｄＳＳａｄｄ（ＮＵＬＬ，ＮＵＬＬ，ｌｉｕＯ１）； ｃｅｄＳＳａｄｄ（１ａｉｕ００，ｌｉｕＯｌ，ｌｉｕＯ１）； 图２移动凸轮运动仿真图 移动顶杆的绘制方法与之类似，在此不再赘述。图形仿真 的初始图形如图１所示。 户输入错误或不合理的数据时，程序要给予提示，以便重新输入 数据或修改。 ３结束语 ｆＬ 本文程序在ＡｕｔｏＣＡＤ ２０００下运行，采用ＡＤＳＲＸ开发工 具，在Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋６．０集成环境下编制完成。在ＡｕｔｏＣＡＤ环 境下进行运动仿真的研究可以帮助工程技术人员进行运动机构 的快速设计，观察已设计机构的运行效果，这对于提高设计速度 和设计质量都是很有意义的。 【参考文献］ ［１］王知行，李建生，王哲．机械ＣＡＤ与仿真技术．哈尔滨：哈 尔滨工业大学出版社，２０００ ［２］Ｃｈａｒｌｓ ＭｅｅＡｄｅｖ．ＡｕｔｏＣＡＤ２０００ ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ编程指南．北 京：机械工业出版社，２０００ ［３］郑文纬等．机械原理（第七版）．北京：高教出版社，１９９６ 收稿日期：２００３—０７—１７ 作者简介：阮景奎（１９６３一），湖北红安人，湖北汽车工业学 院机械工程系副教授，硕士。 （编辑江复） 图１移动凸轮初始位置 ２．２动态仿真的实现 要实现动画就必须加入循环函数，通过循环函数就能使移 动凸轮及移动顶杆动起来，其程序如下： ｆｏｒ（ｉ：０；ｉ＜３９；ｉ＋＋）｛ ａｃｅｄＣｏｍｍａｎｄ（ＲＴＳＴＲ，”ＭＯＶＥ”，ＲＴＰＩＣＫＳ，ｌｉｕＯｌ，ＲＴＳＴＲ， ， ＲＴＳＴＲ，”０，０， ，ＲＴＳＴＲ，”２，０，，，ＲＴＳＴＲ， ，０）； ａｃｅｄＣｏｍｍａｎｄ（ＲＴＳＴＲ，”ＭＯＶＥ”，ＲＴＰＩＣＫＳ，ｌｉｕ０３，ＲＴＳＴＲ， ， ＲＴＳＴＲ，”０，０， ，ＲＴＳＴＲ， ０，１．２０＂，ＲＴＳＴＲ， ，０）；｝ 当移动凸轮动起来后，我们还要动态的显示它的加速度曲 线和速度曲线。只有这样，才是我们进行运动仿真的目的。为 此，在上面的循环中，加入绘制运动曲线的程序段。以下的程序 是完成这一过程的部分程序，其中第一段完成的是速度曲线绘 制功能，第二段完成的是加速度曲线绘制功能。 ａｄｓｐｏｉｎｔ ｌｉｕｌＯ＝｛３８０＋ｉ，２７５，０｝； （上接第８５页）优化，可以实现对复杂区域几何信息的有效提 取，提高测量效率。本文将扫描优角顶点的概念和单调剖分的 思想应用于测量路径的优化，可以克服现有路径优化算法的缺 陷，为实现测量路径的优化开辟了一条新途径。 ［参考文献】 ［１］王平江，陈吉红，李作清等．空间自由曲面数控测量系统中 测量路径的优化．组合机床与自动化加工技术，１９９４（１０）： ３０～３５ ａｃｅｄＣｏｍｍａｎｄ（ＲＴＳＴＲ，”ＬＩＮＥ ， ＲＴＳＴＲ，”３８０，２７５ ， ＲＴ３ＤＰＯＩＮＴ，ｌｉｕｌＯ，ＲＴＳＴＲ， ，０）； ａｄｓ—ｐｏｉｎｔ ｌｉｕｌ３＝｛４７０＋ｉ，２５０，０｝； ｃｅｄＣｏｍｍａｎｄ（ＲＴＳＴＲ，ａ”ＰＬＩＮＥ”，ＲＴＳＴＲ，”４７０，２５０，，，ＲＴＳＴＲ， ［２］江元龙，李圣怡．Ｖｏｒｏｎｏｉ图在复杂曲面轮廓自动测量中的 应用．组合机床与自动化加工技术，１９９６（３）：１１—１５ ［３］Ｐａｒｋ，Ｓ．Ｃ．ａｎｄ Ｃｈｏｉ，Ｂ．Ｋ．Ｔｏｏｌ—ｐａｔｈ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃ— ｔｉｏｎ—ｐａｒａｌｌｅｌ ａｒｅａ ｍｉｌｌｉｎｇ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ，２０００，３２ ＲＴＳＴＲ ｔ ．ＲＴＳＴＲ 一２ｔ．ＲＴ３ＤＰＯＩＮＴ．１ｉｕｌ３．ＲＴＳＴＲ’ ， （１）：ｌ７～２５ ０）； ［４］Ｔａｎｇ，Ｋ．Ｃｈｏｕ，Ｓ．ａｎｄ Ｃｈｅｎ，Ｌ．Ａｎ ｌａｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｏｏｌ ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｚｉｇｚａｇ ｐｏｃｋｅｔ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ 上面的两段程序实现了顶杆的上升和相应的速度曲线绘制 及加速度曲线绘制。如果要绘制顶杆下降的运动仿真过程，还 要加入与之相似的程序段。图２是某个位置的运动仿真图。 用ＡｕｔｏＣＡＤ实现图形运动还要将已经画出的图形擦除。 即在画下一个图形之前要将前一个图形擦去，只有这样才能有 很好的动画效果。显示运动时，采用绘图一＞擦除一＞绘图这 样的循环过程来进行。 编制运动仿真软件有许多需要注意的地方，例如模块化，容 错性等。程序的结构要注意模块化，便于阅读，修改和扩充，用 ２００４年第３期 Ｄｅｓｉｇｎ，１９９８，３０（２）：１２３—１２９ ［５］李剑．基于激光测量的自由曲面数字制造基础技术研究， 浙江大学博士学位论文，２００２ 收稿日期：２００３—０７—２２ 作者简介：李剑（１９７５一），男，陕西蒲城人，陕西科技大学 计算机与信息工程学院讲师，博士。 （编辑江复） ８７
