工业数字孪生项目2任务1 基本机电对象的建立

项目2机电对象的

使用与运动仿真任务1基本机电对象的建立目录01项目引入02任务说明03知识准备04任务实施05任务评价与拓展项目引入1项目引入

在NXMCD仿真中，对机电对象的使用是MCD运动仿真的基础。机电对象可将物理属性赋予三维模型，以通过模型模拟真实世界中各类物体的物理特性与运动表现。常用的基本机电对象包括刚体、碰撞体、对象源、对象收集器、对象变换器、发送器等。通过运用机电对象模拟真实世界中的物理特性与表现，我们能够在虚拟环境中进行模型调试和优化设计，从而减少对实体原型的需求并加速产品开发流程。项目引入素养目标培养学生探索创新、唯实求真的科学精神。培养学生执着专注、精益求精、科技强国的工匠精神。培养学生的标准意识、规范意识。培养学生严谨细致、团队协作、表达沟通的职业素质。能力目标具备在NXMCD仿真环境中创建基本机电对象的能力。具备创建与设置基本运动副，如滑动副与铰链副的能力。具备创建与设置基本耦合副，如滑轮和带的能力。具备创建与设置常用约束，如线性弹簧副、角度弹簧副和弹簧阻尼器的能力。具备创建与设置常用定制行为，如握爪和运行时按钮的能力。具备综合应用机电对象、运动副、耦合副、约束、定制行为进行运动仿真的能力。知识目标了解机电对象的概念、类型和用途。了解运动副、耦合副、约束、定制行为等运动仿真相关功能的概念、用途与分类。熟悉基本机电对象，如刚体、碰撞体、对象源等的参数选项。熟悉基本运动副，如滑动副、铰链副等的参数选项。熟悉基本耦合副，如滑轮和带的参数选项。熟悉常用约束，如线性弹簧副、角度弹簧副、弹簧阻尼器的参数选项熟悉常用定制行为，如握爪、运行时按钮的参数选项。任务说明2任务说明

本任务以DLDS-532实训平台中的自动供料单元（一站）中的料盒供料模块推料气缸运动、深度检测模块检测升降气缸与检测伸缩气缸运动为例，介绍MCD仿真中刚体、碰撞体、对象源等基本机电对象的建立与设置，从而为后续料盒在离开料仓、接受深度检测等流程中部分关键步骤的运动仿真打下基础。

本任务所涉及的各单元与模块布局如图2-1所示。通过完成本任务，学生将掌握NXMCD仿真环境中创建基本机电对象的步骤和方法，从而为完成后续仿真任务做好准备。图2-1知识准备3知识准备

1.基本机电对象的类型与用途基本机电对象是NXMCD中实现高效和精确机电系统设计的关键组件。这些对象为机械系统的运动仿真提供了基础，使用户能够在没有物理原型的情况下测试和改进设计。在本任务中，DLDS-532实训平台对应模块与部件所涉及的基本机电对象类型包括刚体、碰撞体、对象源等。（1）刚体

刚体（RigidBody）是在运动或受力作用后形状和大小保持不变的物体。在NXMCD中，任何需要参与动力学仿真的几何模型都必须被定义为刚体，以便它们能在受到外力和扭矩作用时按照物理法则进行运动。（2）碰撞体

碰撞体（CollisionBody）是用来定义物体间碰撞反应特性的物理属性。只有当两个实体都有被定义的碰撞体且碰撞类别能被相互识别时，物理引擎才会计算它们之间的碰撞。（3）对象源

对象源（ObjectSource）用于生成新的物体进入仿真环境。这对于模拟生产过程中物料的输入非常有用。（4）对象收集器

对象收集器（ObjectSink）用于模拟具有对象源属性的物体在系统中的移除或消失，可用于模拟生产流程的终点，或者在废料处理和回收系统中模拟废料的移除。（5）对象变换器

对象变换器（ObjectTransformer）用于在仿真过程中改变物体的外观，例如将经过产线特定位置后的物料变换为经过切削的外形。在MCD仿真中，对象变换器必须与碰撞传感器配合使用。（6）发送器（入口/出口）发送器入口（TransmitterEntry）与发送器出口（TransmitterExit）一般配合使用，可用于将满足条件的物体从入口位置传送至出口位置。知识准备

在NXMCD中创建基本机电对象的过程通常始于建立三维几何模型，然后在软件中将这些模型定义为具有特定物理属性的机电对象。这一步骤是确保模型在后续的仿真中能够正确地响应各种物理作用和环境互动的关键。知识准备

2.刚体的参数选项如图2-2所示，在创建刚体的过程中，一般有以下常用选项。图2-2（1）刚体对象

通过单击该部分的“选择对象”，我们可选择当前刚体依附的几何体。（2）质量和惯性矩

在该部分右上角的下拉列表框中，可为当前刚体选择是否由软件自动计算其质量和惯性矩相关参数;若是，则应在下拉列表框中选择“自动”，无须且不能对相关参数进行设置;若否，则应在下拉列表框中选择“用户定义”，并通过下方的“指定质心”“指定对象的坐标系”“质量”及各惯性矩相关参数选项进行手动设置。（3）初始平移速度“平移速度”输入框、“选择矢量”选单（在输人“平移速度”并按<Enter>键确认后出现）允许为当前刚体指定其在仿真开始后具有的初始平移速度。（4）初始旋转速度“旋转速度”输入框、“选择矢量”选单（在输入“旋转速度”并按<Enter>键确认后出现）允许为当前刚体指定其在仿真开始后具有的初始旋转速度。（5）刚体颜色

通过单击该部分的“指定颜色”和“无”选项，可选择是否为当前刚体指定颜色。该颜色只在NXMCD的“刚体颜色”显示模式激活时显示，便于用户在该模式下快速辨认模型中的刚体。（6）标记

该部分选项可为刚体指定标记属性的表单，但必须与读写设备、标记表等配合使用，可用于模拟RFID（射频识别）等涉及内容读写的功能。知识准备（7）名称

可自行设置刚体的名称，以便后续辨认管理。该选项为可选项，如果不进行设置，软件会自动为刚体分配名称。知识准备

3.碰撞体的参数选项如图2-3所示，在创建碰撞体的过程中，一般有以下常用选项。图2-3（1）碰撞体对象

通过单击该部分的“选择对象”，可选择当前碰撞体依附的几何体。（2）形状

在该部分的“碰撞形状”下拉列表框中，可为当前碰撞体选择形状，如“方块”“球体”“圆柱体”“胶囊体”“凸多面体”“多个凸多面体"“孔”“网格”“用户定义凸多面体”等。根据当前选择的碰撞形状，该部分其他的各参数选项将有所不同。对于“方块”“球体”等类型的碰撞体，必须为其指定“形状属性”（“自动”或“用户定义”，如果选择后者，还应该逐项设置其下方的各个参数）。对于“凸多面体”“多个凸多面体”“孔”“网格”等类型的碰撞体，则基本不需要进行额外设置，仅在必要时调整其“凸多面体系数”即可。（3）碰撞材料

在该部分，可通过“材料”下拉列表框为当前碰撞体选择已有的碰撞材料，或通过单击“新建碰撞材料”建立新的碰撞材料类别。可在新建时规定碰撞材料的“动摩擦”“滚动摩擦系数”“恢复系数”等并为材料设置名称，如图2-4所示。已有的碰撞材料也会在机电导航器中列出，并支持通过双击打开其对话框进行修改。知识准备图2-4（4）碰撞类别为小于等于15的非负整数。其默认取值为0，代表当前碰撞体能与任何类别的碰撞体发生交互；如果改变其默认取值，则碰撞传感器将只能与相同类别或类别取值为0的碰撞体发生交互。（5）碰撞设置

在该部分中，通过勾选对应的“碰撞时高亮显示”“碰撞时粘连”“碰撞后暂停”选项，可以规定在当前碰撞体发生碰撞时是否通过彩色线条勾勒其轮廓、是否使其黏附到与其碰撞的对象上，以及是否暂停进行中的仿真。防止碰撞可用于防止两个模型中的对象体按照已有碰撞体设置发生碰撞。被设置了防止碰撞的对象体在接触过程中将呈现出处于不同（且均不为“0”）碰撞类别的交互效果。由于防止碰撞所涉及的参数选项较少，仅包括碰撞对中的两个对象体及防止碰撞对象的名称，在此不做赘述.知识准备（6）名称

可自行设置碰撞体的名称，以便后续辨认管理。该选项为可选项，如果不进行设置，软件会自动为碰撞体分配名称。知识准备

4.对象源的参数选项如图2-5所示，在创建对象源的过程中，一般有以下常用选项。图2-5（1）要复制的对象

通过单击该部分的“选择对象”，可选择通过当前对象源生成的刚体。（2）复制事件

通过在“触发”下拉列表框中选择“基于时间”或“每次激活时一次”，可规定当前对象源生成对象的模式。“基于时间”代表按指定时间间隔周期性生成（若选择这一方式，必须规定下方的“时间间隔”和“开始偏置”）。“每次激活时一次”代表对象源的生成行为仅在每次被激活时发生一次，若需反复触发，需要通过运行时参数、信号或仿真序列等方式进行控制。（3）名称

可自行设置对象源的名称，以便后续辨认管理。该选项为可选项，如果不进行设置，软件会自动为对象源分配名称。知识准备任务实施4任务实施一、料盒供料模块基本机电对象的建立与设置

（1）刚体与对象源的创建与设置1）单击“主页”选项卡下“机械”组中的“刚体”按钮，建立目标刚体。2）在单击“刚体”对话框中的“选择对象”后，再单击软件主界面或装配导航器中的对应部件，将其选为刚体对象。3）确保“质量属性”为“自动”，且“平移速度”和“旋转速度”均为零。4）根据实际需要，为刚体设置名称。5）单击“确定”按钮，完成当前刚体的建立与设置。后续若有需要，可在机电导航器中双击刚体以对其进行修改。在这一子任务中，目标是建立DLDS-532实训平台中的自动供料单元（一站）料盒供料模块中料盒与推料气缸对应的机电对象，并进行相关设置。任务实施

依照同样方式完成任务中其他刚体的创建。对料盒供料模块中的料盒与推料气缸的刚体设置分别如图2-6、图2-7所示。图2-6图2-7任务实施6）为料盒创建对象源，以便在仿真开始后根据需要生成物料。具体操作方法是：单击“主页”选项卡下“机械”组中的“刚体”下拉列表框中的下三角按钮，在弹出的下列列表中选择“对象源”。在弹出的对话框中单击“选择对象”，再单击软件主界面或机电导航器中料盒对应的刚体，将其选为对象源的对象刚体。在“触发”下拉列表框中选择“每次激活时一次”。视需要进行命名后，即可单击“确定”按钮完成对象源的创建与设置，如图2-8所示。图2-8

（1）刚体与对象源的创建与设置任务实施1）单击“主页”选项卡下“机械”组中的“碰撞体”按钮，开始建立目标碰撞体。2）在“碰撞形状”下拉列表框中，为当前碰撞体选择合理的碰撞体类型。以料盒为例，可设置其底部为一“方块”或“多个凸多面体”类型的碰撞体，其各个内外表面为“凸多面体”或“多个凸多面体”，其曲面与上边缘为“网格”。以上操作可依照具体的任务需求加以细化或简化。3）在单击“碰撞体"对话框中的“选择对象”后，料盒创建对象源再单击软件主界面中的对应实体、曲线、边或面（可在NX软件的上方框条中，通过切换过滤器选项对可选对象类型进行筛选，以方便操作），将其选为碰撞体对象。4）若无特殊需要，确认“碰撞材料”为“默认材料”，“碰撞类别”为"0”，并注意不要勾选“碰撞时粘连”和“碰撞后暂停”选项。5）根据实际需要，为碰撞体设置名称。

（2）碰撞体与防止碰撞的创建与设置任务实施6）单击“确定”按钮，完成当前碰撞体的建立与设置。后续若有需要，可在机电导航器中双击碰撞体以对其进行修改。依照同样方式完成任务中其他碰撞体的创建。料盒供料模块中的料盒、料仓内表面、推料气缸以及一站传输带上表面的碰撞体设置分别如图2-9~图2-14所示。图2-9图2-10图2-11任务实施图2-12图2-13图2-14任务实施7）根据实际需要，在机电对象（如推料气缸与料仓内表面）之间进行防止碰撞设置。具体操作方法是：单击“主页”选项卡下“机械”组中的“碰撞体”下拉列表框中的下三角按钮，在弹出的下列列表中选择“防止碰撞”。在弹出的对话框中单击“选择第一个体”，再单击软件主界面中的机电对象，将其选为当前防止碰撞中的第一个体。接着以同样的方法为当前防止碰撞选择第二个体。视需要进行命名后，即可单击“确定”按钮完成防止碰撞的创建与设置，如图2-15所示。图2-15任务实施二、深度检测模块基本机电对象的建立与设置（1）刚体与对象源的创建与设置

为深度检测模块中的检测升降气缸与检测伸缩气缸，以及深度检测模块旁检测位置处的料盒创建刚体。为上述料盒创建对象源。操作方法参照上一子任务中的对应内容，如图2-16、图2-17所示。在这一子任务中，目标是建立DLDS-532实训平台中的自动供料单元（一站）深度检测模块中检测升降气缸与检测伸缩气缸以及深度检测位置料盒对应的机电对象，并进行相关设置。图2-16图2-17任务实施（2）碰撞体的创建与设置

为位于深度检测模块旁检测位置处的料盒以及深度检测模块中的探杆外表面创建碰撞体。其中，探杆的碰撞体应选“圆柱体”或其他合理、贴近设备实际的类型。如果未在前一子任务中为一站传输带上表面创建碰撞体，也应在此一并完成。操作方法参照上一子任务中的对应内容，如图2-18所示。图2-18任务评价与拓展5任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分1料盒供料模块相关基本机电对象为料盒与推料气缸创建刚体50为料盒创建对象源为料盒（内/外表面、底部、上边缘等）创建合适的碰撞体为料仓（内表面）创建合适的碰撞体为推料气缸（部分表面）创建合适的碰撞体为一站传输带（上表面）创建合适的碰撞体为料盒供料模块进行防止碰撞设置任务评价