《生产线数字化设计与仿真》课件-第4章机电1体化概念设计的运动仿真

生产线数字化设计与仿真NXMCD第4章

机电一体化概念设计的运动仿真

4目录CONTENTS4.1机电一体化概念设计运动仿真概述4.2运动副4.3耦合副4.6变换对象属性4.8小结4.5约束4.4传感器4.7物理定义转换4.1机电一体化概念设计运动仿真概述机电一体化概念设计（NXMCD）的运动仿真主要包括：运动副（Joint）、耦合副（Coupler）和执行机构（Actuator）。由于运动仿真不可避免地会涉及到传感器（Sensor）、信号（Signal）、约束（Constraints）、过程（Procedure）、运行时参数（RuntimeParameter），以及运行时表达式（RuntimeExpression）等。故在重点介绍运动仿真的同时，也将介绍上述相关知识。4.2运动副4.2.1铰链副1）铰链副（HingeJoint）：铰链副是用来连接两个固件并允许两者之间做相对转动的机械装置。铰链副可由可移动的组件构成，或者由可折叠的材料构成。如图所示，组成铰链副的两个构件只能绕某一轴线作相对转动，它具有一个旋转自由度。4.2运动副4.2.1铰链副（2）创建铰链副1）创建铰链副与其它机电对象相同，铰链副的创建方法也有三种：①第一种方法是通过选择工具条命令

来创建；②第二种方法如图所示：在“机电导航器”中选中“运动副和约束”后，点击鼠标右键，执行“创建机电→铰链”命令即可。③第三种方法是点击“菜单→插入(Insert)→运动副(Joint)→铰链副(HingeJoint)”。通过以上任意一种操作，均会弹出图所示的铰链副对话框。在图中，给出“选择连接件”和“选择基本件”。4.2运动副4.2.1铰链副（2）创建铰链副2）为该铰链副创建一个速度控制①如图，创建速度控制；②如图，在弹出的对话框中，设定“选择轴”为铰链副；③点击“确定”后，就生成速度控制如图。④仿真运行：点击仿真运行，就会发现图中的铰链副在重力的作用下整体沿着-ZC轴整体下落，故需要固定铰链副的其中一个刚体，下面就讲一下固定副的添加。4.2运动副4.2.2固定副（1）固定副（FixedJoint）：固定副是将一个构件固定到另一个构件上的运动副，固定副所有自由度均被约束，自由度个数为零。固定副一般应用在将刚体固定到一个固定的位置的情况，比如引擎中的大地，或者将两个刚体固定在一起，此时两个刚体将一起运动。例如：在图所示的铰链副中，就可以选择其中一个杆件作为固定副，从而让另一个杆件围绕着固定副杆件圆孔中心摆动。4.2运动副4.2.2固定副（2）创建固定副与铰链副相同，创建固定副也有三种方法：①“插入(Insert)→运动副(Joint)→固定副(FixedJoint)”；②工具栏命令；③利用带条工具栏指令。任选一种创建固定副，如图所示，弹出对话框：选择其中一个刚体为“选择连接件”，点击“确定”即可，创建完毕后的固定副如图所示。当固定副创建完毕后，就可以看到铰链副、速度控制的仿真效果了，点击“运行”，就能够看到铰链副围绕着一个固定的轴按照速度控制给出的速度转动。4.2运动副4.2.2固定副3）项目案例——创建铰链副与固定副【例1】如图所示，创建两个杆件的三维模型，在这两个杆件之间建立一个铰链副、一个固定副和一个速度控制，让其中一个杆件固定，另一个杆件围绕轴心转动，转动速度为300deg/sec。4.2.2固定副3）项目案例——创建铰链副与固定副【例1】如图所示，创建两个杆件的三维模型，在这两个杆件之间建立一个铰链副、一个固定副和一个速度控制，让其中一个杆件固定，另一个杆件围绕轴心转动，转动速度为300deg/sec。1）创建杆件几何体。在NX的模型环境中，通过绘制草图、拉伸、复制等步骤，绘制出图所示的几何杆件三维模型。同时，如图，隐藏掉固定基准平面、草图。2）执行创建铰链副命令，弹出铰链副对话框如图进行属性设置。按照上图设置“选择连接杆”和“选择基本杆”，指定矢量选择

“曲线/轴矢量”，同时选中杆件端的圆孔边缘曲线，结果如图所示。然后，如图指定锚点，选择方法采用“圆弧中心/椭圆中心/圆心”，指定圆心作为锚点，点击确认即可完成铰链副的创建。4.2.2固定副3）项目案例——创建铰链副与固定副【例1】如图所示，创建两个杆件的三维模型，在这两个杆件之间建立一个铰链副、一个固定副和一个速度控制，让其中一个杆件固定，另一个杆件围绕轴心转动，转动速度为300deg/sec。为了能够看到仿真效果，可按照如下步骤把图中的“基本杆”设定为固定副。①首先执行“菜单→插入→运动副→固定”，弹出图所示的对话框：设定固定副的“选择连接杆”，点击“确认”即可。通过以上操作，铰链副与固定副设置的最终结果②建立速度控制，速度为300deg/sec。③点击仿真播放，就可以看到杆件绕着圆孔中心转动的效果。4.2运动副4.2.3滑动副（1）滑动副（SlidingJoint）概念：如图所示，滑动副的特点是组成运动副的两个构件之间只能按照某一方向作相对移动，并且只具有一个平移自由度。4.2运动副4.2.3滑动副（2）创建滑动副【例2】如图所示，创建一个滑动副，使上面的方块沿着指定方向滑动。1）首先，建立两个滑块的三维模型。2）然后，再创建刚体：由于构成滑动副的两个滑块都是刚体，故在创建滑动副之前，先定义组成滑动副的两个几何体均为刚体。4.2.3滑动副（2）创建滑动副【例2】如图所示，创建一个滑动副，使上面的方块沿着指定方向滑动。3）创建滑动副，按照下列步骤操作：①与“铰链副”的创建方法相同，“滑动副”的创建方法也有三种，操作过程分别如图所示。选择任一操作方法，弹出滑动副的属性框。如图，分别把两个刚体设置为“选择连接件”和“选择基本件”，指定轴矢量为XC轴，使用默认名称，点击确认即可。②经过上述操作，生成的滑动副如图所示。③如图所示，建立速度控制；给出“选择对象”为已经建立的“滑动副”，速度设置为300mm/s，点击“确认”，完成速度设置。④如图所示，设置固定副；⑤最后点击运行，仿真效果如图所示：可以看到下方构建固定不动，上方构建沿着滑动副方向以给定向前速度滑行。4.2运动副4.2.4柱面副（1）柱面副（CylindricalJoint）的概念：如图所示，柱面副是在在两个构件之间创建的运动副，具有两个自由度：一个旋转自由度，一个平移自由度。柱面副上的两个对象，可以按照柱面副定义的矢量轴做旋转或者平移运动。4.2运动副4.2.4柱面副（2）创建柱面副【例3】如图所示，创建一个柱面副。1）创建图示柱面副的几何体三维模型：①柱套：外圆直径为300mm，内圆直径为180mm，高度为900mm；②柱心：直径为178mm，高度为1500mm；③建立完以上几何体后，移动几何体使两个柱心重合，并且把这两个几何体都设置为刚体。然后就可以创建柱面副了。4.2.4柱面副（2）创建柱面副【例3】如图所示，创建一个柱面副。2）创建柱面副①创建柱面副：与上述其它运动副的创建方法相同，创建柱面副的方法也有三种。任选一种方法，弹出柱面副对话框，各项设置如图所示。②创建固定副：创建方法参看图。③创建速度控制速度控制1和速度控制2分别用于控制“直线”运动的速度和“旋转”运动的速度；④仿真运行上述设置完毕后，点击运行，仿真效果如图，可以看到柱面副在直线运动的同时，也在旋转运动。4.2运动副4.2.5球副（1）球副（BallJoint）的概念：如图，球副具有三个旋转自由度，分别是两个杆件的自由度，以及杆件连接球状关节的一个自由度。组成球副的两构件能绕一球心作三个独立的相对转动。（2）创建球副【例4】如上图所示，建立一个球面副

。

4.2.5球副（2）创建球副【例4】如图所示，建立一个球面副。1）建立三维模型建立几何体的三维模型，操作如下：①大球直径为300mm，球心坐标为WCS上的原点，剪切体平面为YC-XC的XC方向偏移50mm，然后对剪切体的外球面抽壳，厚度45

mm；②小球直径为200mm，球心坐标为WCS的原点；③分别为两个球体添加一个杆件，尺寸为400*50*50mm，并通过逻辑运算“合并”让杆与球合为一体。2）然后创建两个刚体，如图所示，分别是大球及其杆件和小球及其杆件。4.2.5球副（2）创建球副【例4】如图所示，建立一个球面副。3）下面是球副的创建过程：①球副的创建方法同上述其它运动副的创建，也有三种方法，选择任意方法（菜单→插入→运动副→球副），弹出其属性框如图：②然后，如图所示，添加一个固定副；③最后点击仿真运行，播放球副的运行效果。4.2运动副4.2.6螺旋副

螺旋副（ScrewJoint）是按照设定的速度和螺距，沿着螺旋线方向运动的运动副，如图所示，设定一个假想的螺旋参考轨迹，让小球沿着螺旋线轨迹绕行。4.2.6螺旋副【例5】创建螺旋副。

1）建立三维模型：首先在空间创建一个参考轨迹——螺旋线，其设置如图；然后创建一个直径为20mm的小球。2）创建螺旋副①分别设置小球与螺旋线为刚体，设置螺旋线为固定副，属性如图；②创建螺旋副和速度控制创建螺旋副，如图创建速度控制；选择连接件为小球，选择基本件为螺旋线，指定轴矢量为垂直向上的ZC，指定锚点为螺旋线底部圆的中心点，该例中其坐标值为（0,0,0）；③创建完毕，点击运行，可以看到小球沿螺旋线运动的效果。4.2运动副4.2.7平面副

（1）平面副（PlanarJoint）：平面副提供了两个平移自由度和一个旋转自由度。它连接的物体可以在相互接触的平面上自由滑动，也可以绕着垂直于该平面的轴旋转。平面副不能作为运动驱动，创建平面副时，定义的原点和矢量方向共同决定了接触平面。4.2.6平面副【例6】建立平面副，让方块能够在重力作用下沿斜面方向滑下，效果如图所示（即便脱离斜面，仍然沿着斜面方向运行）。（2）创建平面副1）创建几何体；2）创建平面副，具体操作如下：①建立刚体（方块）和固定副（斜板），再创建平面副（“菜单→插入运动副→平面副”），弹出图所示的对话框中，各个参数依图设置，点击“确定”；②仿真运行，就会发现方块在重力的作用下沿着斜面下滑，即便脱离斜面，也不会垂直下落，仍然沿着斜面方向运行。仿真效果如图所示。4.2运动副4.2.8弹簧副

（1）弹簧副（SpringJoint）：弹簧副有两种，分别是角度弹簧副（AngularSpringJoint）和线性弹簧副（LinearSpringJoint），两者都是在两个对象之间施加弹簧性质力的运动副。角度弹簧副会随着对象之间相互围绕角度变化的增大而增大；线性弹簧副会随着对象之间线性距离变化量的增大而增大。二者之间的作用力与位置变化量呈现出一定的比例关系。4.2.8弹簧副【例7】如图，创建一个角度弹簧副（AngularSpringJoint）的实例。步骤如下：（2）创建角度弹簧副1）建立的三维模型：

参数为：如图4-47，中心圆柱直径200mm、长度600mm；外套圆环内直径210mm、外直径300mm、高度100mm，与其合并的小圆柱直径60mm、高度200mm。4.2.8弹簧副【例7】如图，创建一个角度弹簧副（AngularSpringJoint）的实例。步骤如下：（2）创建角度弹簧副2）创建角度弹簧副：①创建基本机电对象，刚体与固定副设置如图所示：②如图所示建立角度弹簧副；③如图所示，建立铰链副，轴矢量为ZC轴，再建立铰链副的位置控制；④仿真运行如图所示，把角度弹簧副选入到运行时查看器中，点击“播放运行”，就能够看到角度弹簧副扭矩随着铰链副角度的变化，逐渐增大。4.2.8弹簧副（3）创建线性弹簧副【例8】如图，创建一个线性弹簧副（LinearSpringJoint）。1)参照例7建立几何模型。4.2.8弹簧副（3）创建线性弹簧副【例8】如图，创建一个线性弹簧副（LinearSpringJoint）。2)创建线性副，具体操作如下：如图设置机电对象；如图设置滑动副，方向为Z轴；滑动副的位置控制。

②如图所示，把线性弹簧副选入到运行时查看器中，点击“播放运行”，就能够看到线性弹簧副的力随着位置的变化，逐渐增大。4.2运动副4.2.9弹簧阻尼器（1）弹簧阻尼器（SpringDamper）：弹簧阻尼器可以在轴运动副中创建一个柔性单元，并且能够在运动中施加力或者扭矩。【例9】如图所示，创建一个弹簧阻尼器的实例。创建步骤如下：

1）创建三维模型：本例中，套筒外直径200mm、高度500mm，内孔直径100mm、深度450mm；运动塞杆件直径95mm、高度700mm，顶帽直径200mm，高度30mm；

4.2.9弹簧阻尼器【例9】如图所示，创建一个弹簧阻尼器的实例2）创建弹簧阻尼器，具体操作如下：（1）如图所示，建立一个滑动副，矢量轴为Z轴；建立一个固定轴；（2）如图，为滑动副建立阻尼弹簧器，把该弹簧阻尼器加入到运行时观察器中。（3）点击“播放运行”，在重力的作用下，运动塞下落，可以看到Z方向的力与当前位置的变化数据如图。4.2运动副4.2.10限制副（1）限制副（LimitJoint）：限制副包含线性限制副（LinearLimitJoint）和角度限制副（AngularLimitJoint）两种，均是指对象之间相对位置的限制，即：当对象位置超出设定的范围时，就停止工作。（2）创建限制副：这里以线性限制副为例进行说明，它是一种当对象移动超出一定的距离，或者二者位置距离太近时，就会停止移动的一种运动副。4.2运动副4.2.10限制副【例10】建立“线性限制副”，当方块与挡板之间的距离超出100-1000mm的范围时，就停止正常工作。

1）如图，建立三维模型：地板、挡板与滑块。2）创建线性限制副，具体操作如下：①地板与挡板设定固定副；如图在地板与滑块之间设置为滑动副，方向为YC；②为滑动副设置位置控制，具体设置如图所示。③设置线性限制副：点击“菜单→插入→运动副→线性限制”，弹出对话框，按照图示输入参数，点击“确定”；④仿真运行：点击“播放运行”，可以看到滑块沿着YC轴滑动，当与挡板的距离在设定的100

-1000mm范围之内，滑动副运行正常，当超出该范围，就不能正常运行。4.2运动副4.2.11点在线上副（1）点在线上副（PointOnCurveJoint）：点在线上副可以将运动对象上的一点始终沿着一条曲线移动，点可以是基准点或者元件中的顶点，曲线可以是草图中的曲线，也可以是空间上的曲线。（2）创建点在线上副，【例11】如图，建立点在线上副。创建步骤如下：

1）三维模型：在YZ平面上画出一条圆弧曲线，再建立一个圆球，直径为30mm，位置如图，圆心位于圆弧线的起始点；2）建立点在线上副

①点击“菜单→插入→运动副→点在线上副”，弹出图，“选择连接件”为刚体小球，“选择曲线”为圆弧曲线，设置“指定零点位置”与圆弧起点相同，小球球心位置与圆弧起点相同。设置完毕就点击“确认”；②点击“播放运行”，其运行效果如图，小球将沿着圆弧曲线上下摆动。4.2运动副4.2.12路径约束运动副（1）路径约束运动副（PathConstraint）：路径约束运动副是指让工件按照指定的坐标系或者指定的曲线运动。

（2）创建路径约束运动副：【例12】建立路径约束，让方块沿着指定的曲线和参考坐标运动。创建步骤如下：

1）首先，参考图，建立刚体和运动轨迹曲线；2）然后，创建路径约束运动副。具体操作如下：①如图，建立“运动约束运动副”，并且指定若干点和该点处的参考坐标系。②如图，添加速度控制；③运行效果如图所示：方块沿着设定的轨迹和设定的姿态运动。4.2运动副4.2.13线在线上副（1）线在线上副（CurveOnCurveJoint）：线在线上副可以约束两个对象的一组曲线相切并接触，常用来模拟凸轮机构的运行。在运动过程中，线在线上副的两参考曲线始终保持接触，不可脱离。故在构建模型时，最好预先将两组曲线调整到接触并相切的位置。4.2运动副4.2.13线在线上副（2）创建线在线上副【例13】创建线在线上副（CurveOnCurveJoint）。步骤如下：

1）建立三维模型：①进入草图环境，画出图所示的草图，使用约束使小圆与接触的大圆弧相切（确保有唯一接触点）；②然后，拉伸该草图，参数设置如图；③执行菜单命令“菜单→插入→派生曲线→连结”，弹出图对话框，在该对话框中，设置“选择曲线”为草图中相连的基座曲线，把外沿曲线连接为一个整体。然后点击“确定”；4.2运动副4.2.13线在线上副（2）创建线在线上副【例13】创建线在线上副（CurveOnCurveJoint）。步骤如下：

2）建立线在线上副①执行创建“线在线上副”命令（“菜单→插入→运动副→线在线上副”），弹出图所示对话框，并按照图示进行设置后，点击“确定”结束设置；②点击“播放运行”，效果如图所示。可以看到圆柱棒在基座表面来回滚动的情形，两条曲线始终保持接触状态。4.3耦合副4.3.1齿轮副

（1）齿轮（Gear）的概念：在NXMCD中，齿轮是指两个相啮合的齿轮组件组成的基本机构，它能够传递运动和动力。如图所示，表达了两个齿轮之间的传动关系。

（2）建立齿轮工具条上，建立齿轮的命令图标为

与建立其它运动副的方法相同，的操作方法也有三种操作，这里不再赘述。若执行菜单命令：“菜单→插入(Insert)→耦合副(Coupler)→齿轮(Gear)”，就弹出对话框。4.3耦合副4.3.1齿轮副【例14】按照如下步骤建立齿轮耦合副。

1）建立三维模型①打开NX软件，点击“新建”，如图所示，选择“模型”；②点击“确定”，进入到NX的建模画面如图所示，在该图中，选择“柱齿轮建模”，弹出齿轮创建对话框。③在所示画面的对话框的“齿轮操作方式”中选择“创建齿轮”，点击“确认”，就进入到图所示的画面；齿轮的参数设置如下：A选择“直齿轮”、“外啮合齿轮”、“滚轮”，点击“确认”，进入到图；B输入名称：齿轮1，模数：5.0，牙数：50，齿宽：60，压力角：20，点击“确认”，进入到图；C选择矢量方向为ZC轴，点击“确认”，进入到图；D使用默认的坐标值，点击“确认”，就完成了齿轮的创建，效果如图。4.3耦合副4.3.1齿轮副【例14】按照如下步骤建立齿轮耦合副。

1）建立三维模型

④按照同样的操作方法，建立第二个齿轮（模数5.0，牙数25，齿宽60，压力角20），效果如图所示；

⑤按下“Ctrl+T键”，出现“移动对象”对话框，设置“选择对象”为齿轮2，调整移动距离，最终移动效果如图所示；4.3耦合副4.3.1齿轮副【例14】按照如下步骤建立齿轮耦合副。

2）建立齿轮：①如图所示，点击“文件→所有应用模块→机电概念设计”，把“建模”模块切换到“机电概念设计”模块中；②如图所示，分别为小齿轮建立铰链副HJ_1，为大齿轮建立铰链副HJ_2，并为小齿轮建立速度控制，速度设置为180deg/sec；③在树目录“耦合副”处点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“创建机电→齿轮”建立耦合副，弹出对话框；④“选择主对象”是铰链副HJ_1，“选择从对象”是铰链副HJ_2；约束组中，输入主倍数为2，从倍数为-1，然后点击“确认”。⑤最后，点击仿真运行，查看效果。4.3耦合副4.3.2机械凸轮副

（1）凸轮副（MechanicalCam）介绍：利用凸轮副使得两个运动副按照定义好的耦合曲线运动。（2）创建凸轮副：创建方法也有三种，操作方法与其它运动副相同。若选择“菜单→插入→耦合副→机械凸轮”，参数设置如图所示：

参数描述1主对象选择一个轴运动副2从对象选择一个轴运动副3曲线选择定义好的运动曲线4新运动曲线新创建运动曲线5主偏置设置在运动曲线上主轴偏置的距离6从偏置设置在运动曲线上从轴偏置的距离7主比例因子主轴运动的比例系数8从比例因子从轴运动的比例系数9滑动凸轮副允许轻微的滑动10根据曲线创建凸轮圆盘根据曲线的数据来创建凸轮圆盘4.3耦合副4.3.2机械凸轮副“运动曲线”通过点击“新运动曲线”按钮

来创建。创建“新运动曲线”的对话框如图。

点击按钮

弹出图所示的对话框，为新建曲线添加新的坐标点，并可以通过这些坐标值来改变“主对象”与“从对象”之间的运动关系。在图中，添加新点，拖动该点移动可以改变其数据，通过这些数据来确定“主对象-从对象”之间的运动关系。4.3耦合副4.3.2机械凸轮副【例15】如图所示，建立一个机械凸轮副（MechanicalCam）。（1）建立三维模型：①如图建立草图，然后执行“几何约束”命令；②如图所示，建立圆弧与大、小圆的相切关系；③如图，执行镜像操作命令；④弹出的对话框如图所示，选择圆弧线为要镜像的曲线，Z轴作为中心轴，点击“确定”，出现图所示画面；4.3耦合副4.3.2机械凸轮副【例15】如图所示，建立一个机械凸轮副（MechanicalCam）。（1）建立三维模型：⑤如图选择“快速修建”，弹出画面，以把草图中多余的部分修剪掉。修建之后，点击完成草图按钮

，凸轮草图的最终效果如图⑥然后，再创建一个草图，如图所示，画出一个长方形（注意长方体下面宽横线与凸轮草图没有交点）；4.3耦合副4.3.2机械凸轮副【例15】如图所示，建立一个机械凸轮副（MechanicalCam）。（1）建立三维模型：⑦草图完成后，分别拉伸凸轮草图和滑杆草图，如图所示。⑧然后，在滑杆的下端两侧边缘处执行“边倒圆”命令，

倒角半径均为10mm，最终效果如图4.3.2机械凸轮副【例15】如图所示，建立一个机械凸轮副（MechanicalCam）。（2）创建机械凸轮副A点击“文件→所有应用模块→机电概念设计”，切换到“机电概念设计”模块，如图所示，建立“铰链副”、“滑动副”，并为“铰链副”建立速度控制。B如图所示，在耦合副处点击鼠标右键，并选择“创建机电→机械凸轮”；

轴运动副中，设置“选择主对象”为铰链副、“选择从对象”为滑动副，并点击“新建运动

曲线”按钮

弹出“运动曲线”对话框；“运动曲线”的设置如图所示待“主-从对象”的运动关系建立之后，点击确认，就回到图画面，系统自动把刚刚创建的运动曲线“MechanicalCam（1）”当作该机械凸轮的运动曲线，点击确认按钮，就完成了机械凸轮的设置；C点击播放运行即可看到机械凸轮的运动效果。4.3耦合副4.3.3电子凸轮

（1）电子凸轮（ElectronicCam）概念：能够使执行机构按照定义好的曲线运动，按照设定的规则随着时间的变化而变化。（2）创建电子凸轮：

创建电子凸轮对应的命令图标是

，也可以通过菜单命令来创建，其操作为“菜单→插入(Insert)→耦合副(Coupler)→电子凸轮(ElectronicCam)”。执行该命令后，弹出的图形控制的属性对话框如图所示。4.3.3电子凸轮【例16】如图，建立一个“电子凸轮”，模拟“击打”动作。制作步骤如下：1）如图建立几何体2）创建“电子凸轮”，具体如操作下：①设置圆棒和四方体均为刚体和碰撞体，地板也为碰撞体；②如图建立一个滑动副，基本连接件为圆形棒，滑动副的矢量方向朝向四方块；③建立一个位置控制，设置如图所示；④创建电子凸轮，并为该电子凸轮设置运动曲线，电子凸轮设置、运动曲线设置如图。其中，电子凸轮的主类型选择“时间”，“选择从轴控制”为刚才建立的位置控制，最后点击确认。依照上述步骤创建完毕后，点击播放运行即可。可以看到圆棒快速动冲击方块，然后再慢慢回来的仿真效果。4.4传感器4.4.1碰撞传感器碰撞传感器（CollisionSensor）的使用方法参看前述。4.4.2距离传感器（1）距离传感器（DistanceSensor）：距离传感器是用来检测对象与传感器之间距离的传感器。（2）创建距离传感器

如图所示，建立距离检测器实例，要求当方块物料源进入到距离传感器200mm，开口为30度扇面扫描的区域，开始检测物料与传感器之间的距离。

把该距离传感器选入到运行时观察器中，点击“播放运行”，就可以看到传感器检测到与物料源之间的距离，结果如图所示。

若勾选复选框“图”，然后再切换到“图”中，检测到的数据就会绘制成曲线图如下：4.4传感器4.4.3位置传感器（1）位置传感器（PositionSensor）：是用来检测运动副位置数据的传感器。如图所示，建立位置传感器用来检测方块刚体与滑板刚体所构成的滑动副的位置变化。（2）创建位置传感器

把该位置传感器选入到运行时查看器中，点击“播放运行”，然后用鼠标左键拖动方块左右滑

动，可以看到变化的位置数据如图所示：4.4传感器4.4.4通用传感器（1）通用传感器（GenericSensor）：通用传感器可检测对象的质心、线性速度、角速度等。（2）建立通用传感器：

如图所示，建立一个刚体的通用传感器，参数名称选择Z轴的线性速度，并把该传感器选入到运行时观察器中，点击“播放运行”，仿真结果如图所示，可以看到在重力作用下质心的下降速度。4.4传感器4.4.5限位开关（1）限位开关（LimitSwitch）：

限位开关可检测对象的位置、力、扭矩、速度、加速度等是否落在设定的范围内，当在范围之内，输出为false，超出这个范围输出为true。（2）建立限位开关【例17】如图所示，为一个方块刚体的滑动副（只有连接件，矢量方向为XC）建立限位开关。并检测滑动副是否超出了设定的范围（位置数据[-100,100]）。1）执行“菜单→插入→传感器→限位”命令，弹出对话框，在该图中，设置“选择对象”为滑动副，参数名称为position，上、下限分别为-100mm、100mm；属性设置参看图，把该限位开关选入到运行时观察器中。2）仿真运行，用鼠标左键沿X方向拖动，结果如图所示，当超出设定位置范围的时候，输出状态为true，在范围之内输出为false。4.4传感器4.4.6继电器（1）继电器（Relay）：继电器设有上限位和下限位，当初始状态为false，并且设定的对象属性值由小变大超出上限位时，状态由false变为true；当初始状态为true，设定值由大变小超出下限位时，状态由true变为false。（2）建立继电器①如图，为滑动副设定一限位开关，并在运行时观察器内查看其状态。②仿真运行，拖动方块沿着XC方向改变其位置，当大于100时状态由false变为true，仿真效果如图所示；③然后，再拖动方块沿-XC改变位置，当小于-100时，状态由true变为false，仿真效果如图所示。4.5约束4.5.1断开约束（1）断开约束（BreakingConstraint）的概念：断开约束设置了指定运动副上的最大力或者最大扭矩，当所受到的力大于最大值时，约束将会不起作用。（2）建立断开约束

建立断开约束的方法同上，其命令快捷键为

，选其一方法执行命令“插入(Insert)→约束(Constraint)→断开约束(BreakingConstraint)”就会弹出图对话框：

参数描述1对象选择一个运动副。2断开模式力、扭矩3最大幅值设置最大值。4方向指定在最大幅值在哪个方向上。5名称定义防止碰撞的名称。4.5.1断开约束【例18】建立图所示的挡板，把挡板设定为固定副。建立约束，设定最大约束为20N，查看运行结果；然后再设定最大约束为2000N，再观察运行结果。比较两次仿真结果的不同之处。1）建立上图所示的三维模型，传输面、方块、挡板的尺寸分别为600*300*10、50*50*50、150*100*10，单位为mm。其中，方块与传输面接触，挡板不与传输面接触，并且保持一定的距离；4.5.1断开约束【例18】建立图所示的挡板，把挡板设定为固定副。建立约束，设定最大约束为20N，查看运行结果；然后再设定最大约束为2000N，再观察运行结果。比较两次仿真结果的不同之处。2）建立断开约束，具体操作如下：①在MCD中建立传输面、刚体、碰撞体、固定副。传输面设置结果如图所示，同时把该传输面设置成碰撞体；设置方块为刚体，同时也把它设置成碰撞体；设置挡板为碰撞体，同时也把它设置为固定副；②如图所示，创建断开约束，选择对象为上面的固定副，断开模式为“力”，最大幅值为20N，点击“确认”；③点击运行播放，查看运行效果如图；④更改断开约束“力”的最大幅值为2000N，再点击运行播放，查看运行效果如图所示。可以看到：当最大幅值为20N时，滑块会把挡板撞开；当最大幅值为2000N时，滑块就会被挡板挡住。4.5约束4.5.2防止碰撞（1）防止碰撞（PreventCollision）概念：防止碰撞作用在两个碰撞体上，能够使两个碰撞体不发生碰撞。（2）创建防止碰撞也有三种方法，其中的命令快捷键为执行命令“插入(Insert)→约束(Constraint)→防止碰撞(PreventCollision)”就会弹出图对话框：

参数描述1选择第一个体选择需要创建碰撞对的第一个体。2选择第二个体选择需要创建碰撞对的第二个体。3名称定义防止碰撞的名称。4.6变换对象属性4.6.1显示更改器变换对象属性可以改变MCD中对象的属性，这种改变需要借助碰撞传感器的触发来实现，即：当传感器触发碰撞事件事件时，可以触发一些指令，这些指令的作用如下：①改变对象的刚体显示属性，例如：颜色、透明度和可视性；②使用该命令可以变换刚体的质量、惯性和仿真过程中可复用的几何体物理模型，利用它可仿真装配线上手工工作站物件的改变。（1）显示更改器（DisplayChanger）：显示更改器可以更改对象的颜色。（2）创建显示更改器4.6变换对象属性4.6.1显示更改器【例20】以图为例建立“显示更改器”。动作过程是：方块碰撞体在传输面上运动，当它与碰撞传感器发生碰撞时，改变方块颜色为绿色。创建过程为：如图，创建碰撞体、刚体；②执行命令：“菜单→插入→传感器→显示更改器”，创建对象变换器（显示更改器），弹出属性设置界面如图所示。设置“选择对象”为碰撞传感器后，点击“确定”。③在导航条“序列编辑器”中添加一个仿真序列“Operation”，其属性设置如图所示：设置“选择对象”为“显示更改器”，在运行时参数中，选中“executemode”的复选框，更改值为“Always”，再选中“color”的复选框，更改颜色值为“108（绿色）”，输入名称后点击“确定”。④点击“播放运行”，效果如图，当方块沿着传输面运行到右端，触发碰撞传感器时，方块颜色就改变为绿色。4.6变换对象属性4.6.2变换对象“变换对象”即“对象变换器（ObjectTransformer）”，详解参看第三章。“对象变换器”也属于变换对象属性的一种。【例21】如图，建立“对象变换器”，仿真过程为：当方块触发碰撞传感器时，让方块形状变换为圆柱。①设置如图所示，建立“对