工业数字孪生项目2任务2 基本运动副的建立与设置

项目2机电对象的

使用与运动仿真任务2基本运动副的建立与设置目录01任务说明02知识准备03任务实施04任务评价与拓展任务说明1任务说明

本任务以DLDS-532实训平台中自动供料单元（一站）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，以及智能分拣单元（二站）中的传输模块挡停气缸运动为例，介绍MCD仿真中滑动副、铰链副等基本类型运动副的建立、设置及使用方法，从而实现料盒在离开料仓、接受深度检测、被挡停等待钢珠灌装流程中部分关键步骤的运动仿真。本任务所涉及的各单元与模块布局如图2-19所示。通过完成本任务，学生将掌握NXMCD仿真环境中对机电对象进行运动仿真所需要的基本运动副的创建与设置方法，以及对其加以应用的调试技巧，从而为完成更复杂与综合化的仿真任务做好准备。图2-19知识准备2知识准备

1.运动副的用途与分类运动副定义了MCD模型中机电对象的运动方式。在NXMCD仿真环境中，运动副的类型包括铰链副、滑动副、柱面副、球副、固定副、螺旋副、平面副、点在线上副、线在线上副、路径约束运动副、链运动副等。在这其中，最为常见的、在DLDS-532实训平台的数字孪生实战操作中也最为关键的两种基本类型的运动副是滑动副和铰链副。滑动副可连接两个刚体，并令其沿某一指定方向做相对运动。滑动副只允许有一个沿给定轴线的平移自由度。铰链副可连接两个刚体，并令其绕某一轴线做相对转动。铰链副具有一个旋转自由度，且不允许其组成构件在任何方向上做平移运动。知识准备

2.运动副的参数选项如图2-20、图2-21所示，在创建运动副的过程中，一般有如下常用选项，具体参数设置可以根据实际情况设置。图2-20图2-21（1）运动副类型

运动副类型选项决定了基本运动副所代表的运动类型，在建立运动副时，必须先选择正确、合适的运动类型，再进行其他操作。根据当前选择的运动副类型，此部分其他的各参数选项会有所不同，如在铰链副设置中需要指定锚点，在滑动副中则不需要，因此不会出现相应选项。（2）连接体

连接体为运动副中所涉及运动的主体，是一个被运动副约束的刚体。在创建运动副时，必须为其选择连接体。（4）轴矢量与锚点

轴矢量代表运动副所涉及的运动方向。对于涉及滑动的运动副，其轴矢量即代表连接体相对于基本体发生滑动时的运动参考正方向。锚点是进行旋转运动的运动副的旋转轴锚点。

在MCD建模实战中，对于涉及旋转的运动副，为快速判断运动副的旋转轴矢量，可将右手大拇指竖起，其余四指卷曲，将四指从手掌至指尖的方向作为旋转方向，则大拇指从手掌至指尖的方向即为对应的轴矢量方向。知识准备（3）基本体

基本体是连接体所依附的刚体。如果不为运动副选择基本体，则其连接体会被视为与地面连接相对地面运动。（5）偏置

偏置是指预先设置的、仿真开始之前连接体相对于基本体的位置。偏置的默认单位为mm。在创建部分涉及旋转运动的运动副时，该参数选项在软件中被称为起始角，默认单位为°。（6）限制

限制参数选项为可选项，其数目一般由运动副允许的自由度决定。每个自由度可分别设置相应的运动上限与下限，其默认单位对应运动副所涉及运动的类型。（7）运动类型

运动类型分为动力学、运动学与铰接运动。其中，设置为动力学的运动副可直接在软件界面中通过拖动实现相应的运动，此类型的运动副在仿真过程中使用软件内置的机电求解器执行精确的运动副计算。而软件对设置为运动学的运动副则只执行简单的运动学计算以提高仿真性能，而不会使用机电求解器。设置为运动学的运动副不支持拖动，一般通过建立对应的执行器（位置控制、速度控制）与信号来控制其运动。如果运动副对应的运动过程十分精确，且具有极小的公差，则可将其设置为铰接运动，软件将对其运动学计算进行优化。知识准备（8）名称

可自行设置运动副的名称，以便后续辨认管理。该选项为可选项，如果不进行设置，软件会自动为运动副分配名称。任务实施3任务实施一、料盒供料模块推料气缸运动

（1）准备工作

为使推料气缸正确工作，首先需要进行如下的准备工作：1）为料盒供料模块中的料盒与推料气缸创建刚体。2）为料盒供料模块中的料盒、料仓内表面、推料气缸，以及自动供料单元（一站）中的传输带上表面创建碰撞体。3）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。在这一子任务中，目标是建立可控制DLDS-532实训平台中的自动供料单元（一站）料盒供料模块推料气缸运动的运动副，并验证在该运动副控制下推料气缸的运动效果，及其是否可与模型中其他元素正确互动。任务实施

（2）推料气缸滑动副的建立与设置1）单击“主页”选项卡下“机械”组中的“基本运动副”按钮，开始建立目标运动副。2）根据对实训平台实际硬件的观察、分析可知，料盒供料模块中的推料气缸只可在Y轴方向上滑动。因此，选择“滑动副”作为该运动副的运动副类型。3）在单击“选择连接体”后，再单击软件主界面或机电导航器中的推料气缸刚体，将其选为滑动副的连接体。4）由于推料气缸未与其他活动部件连接，因此不需要为滑动副选择基本体。5）在“指定轴矢量”右侧的下拉列表框中，选择“-YC”轴。这代表以Y轴的负方向作为滑动副运动的正方向。6）勾选“上限”与“下限”选项，使滑动副受到限位约束，并根据对实训平台实际硬件的观察、分析，分别将上限与下限值设为“0mm”与“-80mm”，也可以自行决定并设置合适的值。7）由于需要在后续中通过鼠标拖动验证滑动副的运动效果，在“运动类型”右侧的下拉列表框中，选择“动力学”。任务实施8）根据实际需要，为滑动副设置名称。至此，对该滑动副的设置如图2-22所示。9）单击“确定”按钮，完成滑动副的建立与设置。后续若有需要，可在机电导航器中双击滑动副以对其进行修改。图2-22任务实施

（3）推料气缸滑动副的运动效果验证

单击软件“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真。在仿真开始后，单击推料气缸并按住鼠标左键不放，拖动气缸前后运动，验证推料气缸的运动效果。任务实施二、深度检测模块检测升降气缸与检测伸缩气缸运动

（1）准备工作

为使深度检测模块正确工作，首先需要进行如下的准备工作：1）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的料盒（可选）创建刚体。2）根据实际需要，为深度检测模块旁的料盒、深度检测探杆，以及自动供料单元（一站）中的传输带上表面创建碰撞体。3）根据实际需要，在机电对象之间进行防止碰撞设置。在这一子任务中，目标是建立可控制DLDS-532实训平台中的自动供料单元（一站）深度检测模块检测升降气缸与检测伸缩气缸进行运动的运动副，并验证在该运动副控制下深度检测模块的运动效果，及其是否可与模型中其他元素正确互动。任务实施

（2）检测升降气缸滑动副的建立与设置1）单击“主页”选项卡下“机械”组中的“基本运动副”按钮，开始建立目标运动副。2）根据对实训平台实际硬件的观察、分析可知，深度检测模块中的检测升降气缸只可在Z轴方向上滑动。因此，选择“滑动副”作为该运动副的运动副类型。3）在单击“选择连接体”后，再单击软件主界面或机电导航器中的检测升降气缸刚体，将其选为滑动副的连接体。4）由于检测升降气缸不跟随其他活动部件运动，不需要为滑动副选择基本体。5）在“指定轴矢量”右侧的下拉列表框中，选择“-ZC”轴。这代表以Z轴的负方向作为滑动副运动的正方向。6）勾选“上限”与“下限”选项，使滑动副受到限位约束，并根据对实训平台实际硬件的观察、分析，分别将上限与下限值设为“80mm”与“0mm”。任务实施7）由于需要在后续中通过鼠标拖动验证滑动副的运动效果，在“运动类型”右侧的下拉列表框中，选择“动力学”。8）根据实际需要，为滑动副设置名称。至此，对该滑动副的设置如图2-23所示。9）单击“确定”按钮，完成滑动副的建立与设置。后续若有需要，可在机电导航器中双击滑动副以对其进行修改。图2-23任务实施

（3）检测伸缩气缸滑动副的建立与设置1）单击“主页”选项卡下“机械”组中的“基本运动副”按钮，开始建立目标运动副。2）根据对实训平台实际硬件的观察、分析可知，深度检测模块中的检测伸缩气缸只可在X轴方向上滑动。因此，选择“滑动副”作为该运动副的运动副类型。3）在单击“选择连接体”后，再单击软件主界面或机电导航器中的检测伸缩气缸刚体，将其选为运动副的连接体。4）由于检测伸缩气缸跟随检测升降气缸运动，需要为滑动副选择基本体。在单击“选择基本体”后，再单击软件主界面或机电导航器中的检测升降气缸刚体，将其选为运动副的基本体。5）在“指定轴矢量”右侧的下拉列表框中，选择“-XC”轴。这代表以X轴的负方向作为滑动副运动的正方向。6）勾选“上限”与“下限”选项，使滑动副受到限位约束，并根据对实训平台实际硬件的观察、分析，分别将上限与下限值设为“80mm”与“0mm”，也可以自行决定并设置合适的值。7）由于需要在后续中通过鼠标拖动验证滑动副的运动效果，在“运动类型”右侧的下拉列表框中，选择“动力学”。任务实施8）根据实际需要，为滑动副设置名称。至此，对该滑动副的设置如图2-24所示。9）单击“确定”按钮，完成滑动副的建立与设置。后续若有需要，可在机电导航器中双击滑动副以对其进行修改。图2-24任务实施

（4）检测升降气缸与检测伸缩气缸滑动副的运动效果验证

单击软件“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真。在仿真开始后，单击检测伸缩气缸并按住鼠标左键不放，拖动气缸前后运动。在检测伸缩气缸被拖动至伸出位置后，在机电导航器中勾选默认处于未勾选状态的检测升降气缸刚体，这会导致检测升降气缸立刻落下。此时，单击检测升降气缸并按住鼠标左键不放，拖动气缸上下运动。验证前述滑动副控制下的检测伸缩气缸和检测升降气缸运动效果。任务实施三、传输模块挡停气缸运动

（1）准备工作为使传输模块中的挡停气缸正确工作，首先需要进行如下的准备工作：1）为传输模块中的两处挡停气缸，以及智能分拣单元（二站）起始位置处的料盒（可选）创建刚体。2）为两处挡停气缸的表面，以及智能分拣单元（二站）中的传输带上表面（可选）料盒表面（可选）创建碰撞体。3）根据实际需要，在机电对象之间进行防止碰撞设置。在这一子任务中，目标是建立可控制DLDS-532实训平台中的智能分拣单元（二站）传输模块中挡停气缸的运动副，并验证在该运动副控制下挡停气缸的运动效果。任务实施

（2）挡停气缸铰链副的建立与设置1）单击“主页”选项卡下“机械”组中的“基本运动副”按钮，开始建立目标运动副。2）根据对实训平台实际硬件的观察、分析可知，传输模块中的挡停气缸只可绕Z轴方向旋转。因此，选择“铰链副”作为该运动副的运动副类型。3）在单击“选择连接体”后，再单击软件主界面或机电导航器中的小钢珠挡停气缸刚体，将其选为铰链副的连接体。4）由于挡停气缸不跟随其他活动部件运动，不需要为铰链副选择基本体。5）在“指定轴矢量”右侧的下拉列表框中，选择“ZC”轴。这代表以Z轴的正方向作为铰链副运动的正方向参考轴矢量。6）在“指定锚点”右侧的下拉列表框中，选择“自动判断点”，并使用鼠标左键在软件主界面中选取气缸旋转轴上的任一点。为了便于操作，可在“自动判断点”方式下，选取轴端面边缘，软件会自动判断并选择对应的圆心位置。单击“确定”按钮，完成选取。7）勾选“上限”与“下限”选项，使铰链副受到限位约束，并根据对实训平台实际硬件的观察、分析，分别将上限与下限值设为“450”与“0”。

（2）挡停气缸铰链副的建立与设置1）单击“主页”选项卡下“机械”组中的“基本运动副”按钮，开始建立目标运动副。2）根据对实训平台实际硬件的观察、分析可知，传输模块中的挡停气缸只可绕Z轴方向旋转。因此，选择“铰链副”作为该运动副的运动副类型。3）在单击“选择连接体”后，再单击软件主界面或机电导航器中的小钢珠挡停气缸刚体，将其选为铰链副的连接体。4）由于挡停气缸不跟随其他活动部件运动，不需要为铰链副选择基本体。5）在“指定轴矢量”右侧的下拉列表框中，选择“ZC”轴。这代表以Z轴的正方向作为铰链副运动的正方向参考轴矢量。6）在“指定锚点”右侧的下拉列表框中，选择“自动判断点”，并使用鼠标左键在软件主界面中选取气缸旋转轴上的任一点。为了便于操作，可在“自动判断点”方式下，选取轴端面边缘，软件会自动判断并选择对应的圆心位置。单击“确定”按钮，完成选取。7）勾选“上限”与“下限”选项，使铰链副受到限位约束，并根据对实训平台实际硬件的观察、分析，分别将上限与下限值设为“450”与“0”。任务实施8）由于需要在后续中通过鼠标拖动验证铰链副的运动效果，在“运动类型”右侧的下拉列表框中，选择“动力学”。9）根据实际需要，为铰链副设置名称。至此，对该铰链副的设置如图2-25所示。图2-25任务实施10）单击“确定”按钮，完成铰链副的建立与设置。后续若有需要，可在机电导航器中双击铰链副以对其进行修改。11）为大钢珠挡停气缸建立、设置铰链副。对该铰链副的设置如图2-26所示。图2-26任务实施

（3）挡停气缸铰链副的运动效果验证

单击软件“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真，并在仿真开始后，单击挡停气缸并按住鼠标左键不放，拖动气缸转动，验证大、小钢珠挡停气缸的运动效果。任务评价与拓展4任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分1料盒供料模块推料气缸运动效果推料气缸是否可在仿真运行中被拖动15推料气缸是否能且只能在正确方向上被拖动推料气缸被拖动过程中是否受到合适的限位约束2料盒供料模块推料气缸交互效果推料气缸是否能顺利将料仓中的料盒推出103深度检测模块检测升降气缸运动效果升降气缸是否可在仿真运行中被拖动15升降气缸是否能且只能在正确方向上被拖动升降气缸被拖动过程中是否受到合适的限位约束任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分4深度检测模块检测伸缩气缸运动效果伸缩气缸是否可在仿真运行中被拖动15伸缩气缸是否能且只能在正确方向上被拖动伸缩气缸被拖动过程中是否受到合适的限位约束5深度检测模块检测升降气缸与检测伸缩气缸交互效果升降气缸与伸缩气缸是否能够互相配合，在无检测对象时顺利完成深度检测动作15升降气缸与伸缩气缸是否能够互相配合，在有检测对象时顺利完成深度检测动作任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分6传输模块挡停气缸运动效果大、小钢珠挡停气缸是否可在仿真运行中被拖动15大、小钢珠挡停气缸是否能且只能在