WYBRANE PROBLEMY INYNIERSKIE ANIMACJA WIZA W

WYBRANE PROBLEMY INYNIERSKIE
NUMER 2
INSTYTUT AUTOMATYZACJI PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
I ZINTEGROWANYCH SYSTEMÓW WYTWARZANIA
Amadeusz DIENST, Andrzej BAIER*
Instytut Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów
Wytwarzania, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika lska,
ul. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice.
*
[email protected]
ANIMACJA WIZA W ZAAWANSOWANYM
PROGRAMIE GRAFICZNYM ONESPACE DESIGNER
Streszczenie: Zawansowane programy graficzne stanowi przykład zintegrowanego systemu
CAD. Pozwalaj one na badanie teoretyczne modeli, które dostarczaj informacji,
umoliwiajc ocen jakociow i ilociow wystpujcych zjawisk. W artykule
przedstawiono sposoby nadawania wizów i ich animacj. Przedstawiono problemy
wystpujce w nadanych wizach.
1. Wstp
Przy projektowaniu linii produkcyjnych konieczne jest wizualne przedstawienie tego, jak
bdzie ona działa lub pokazanie w akcji wybranych mechanizmów maszyn [2, 3]. Wielu
klientów zamawiajcych urzdzenia chce zobaczy na wizualizacji zaproponowane
rozwizanie, projektowane specjalnie do wykonywania konkretnych zada i przedyskutowa
róne moliwoci. Wizualne przedstawienie projektu moe by istotnym elementem dla
klienta, czsto decydujcym o wybraniu firmy projektowej. Szybko i dobrze wykonana
wizualizacja lub animacja pozwala zdoby klienta. Wikszo zawansowanych programów
graficznych zawiera moduł, który pozwala na tworzenie wizualizacji lub animacji. W tym
module mona dokona animacji wprowadzonych wczeniej wiza i zbada model,
uzyskujc informacje umoliwiajce ocen jakociow i ilociow wystpujcych zjawisk.
2. Nadawanie wiza
Pierwszym zadaniem po zamodelowaniu i złoenia modelu jest nadanie wiza [4, 5].
Nadawanie wiza jest bardzo wanym aspektem, poniewa od niego zaley poprawne
działanie wizualizacji. le nadane wizania mog uniemoliwi działanie animacji lub mog
spowodowa nieprawidłowe działanie animacji [1].
Przy nadawaniu wiza naley si zastanowi, by nie nada ich zbyt duo, co uniemoliwi
ruch lub za mało, co spowoduje „rozsypanie” si modelu i w efekcie nieprawidłow
wizualizacj. Nadajc wizania, odbiera si stopnie swobody, tym samym tworzc klasy par
kinematycznych. Naley to robi zgodnie z teori maszyn i mechanizmów [1]. Dziki temu
$
mona utworzy poprawnie działajcy mechanizm, który podczas symulacji bdzie
zachowywał si naturalnie. Oprócz nadawania wizów i odbierania tym samym stopni
swobody mona nada pewne relacje takie jak dystans i kt. Relacje te zwykle odbieraj
ostatni stopie swobody i słu do pozycjonowania. Relacje stosowane s w animowaniu
połcze. Pozwala to na ocen działania danego połczenia.
3. Animacja i wizualizacja
Animacja, czy te wizualizacja, pozwala na zbadanie modelu pod rónymi wzgldami.
Pozwala okreli zakresy ruchów, pokaza błdy, takie jak kolizja brył, mona równie
okreli czas wykonania danego procesu.
Animacj łacucha kinematycznego naley rozpocz od utwierdzenia podstawy łacucha
kinematycznego, np.: podstawa robota, korpus przekładni. Animacj mona przeprowadzi na
dwa podstawowe sposoby. Pierwszy sposób polega na sterowania ostatnim elementem
łacucha. Sposób ten umoliwia manipulowanie ostatnim elementem łacucha
kinematycznego a pozostałe połczenia poruszaj si zgodnie z zasadami kinematyki. Zalet
tej metody jest to, i steruje si tylko jednym elementem i orientuje si go w przestrzeni, wad
natomiast jest to, e nie ma si wpływu na pozostałe człony łacucha, co moe by istotne do
uniknicia kolizji brył. Drugi sposób polega na sterowaniu kadym członem z osobna. Sposób
ten pozwala na sterowanie kadym członem w sposób kontrolowany, co pozwala zaplanowa
ruch wszystkimi elementami. Zalet tej metody jest kontrolowany zakres ruchów, co pozwala
unikn kolizji brył, wad jest to, i okrelenie ostatniego członu jest skomplikowane.
4. Przykład nadawania wiza
i ich animacji
Na rynku znajduje si wiele programów klasy CAD umoliwiajce tworzenia animacji, np.
I-DEAS, NX, CATIA, INVENTOR, ONESPACE DESIGNER. W przedstawionym
przykładzie uyto programu OneSpace Designer. Po zaimportowaniu modelu (rys. 1.) naley
wybra z Assembly Relations w oknie Create do wyboru Fixed, co unieruchamia wybrany
element, Rigid powoduje, e wybrane elementy wzgldem siebie s nieruchome, Relation
nadaje relacje midzy wybranymi geometriami dwóch elementów np. lini, punktem
płaszczyzn czy osi (rys. 2, 4). Mona zada róne relacje takie jak dystans, czy kt oraz
równoległe, styczne czy te pokrywajce si (rys. 3).
OneSpace Designer umoliwia dwie metody animacji. Jedn z nich jest dynamiczne
przemieszczanie elementów i zapisywanie klatek kluczowych. Metoda ta jest prosta, ale przy
uyciu przemieszcze duej liczby elementów moe by kłopotliwa.
()*
Rys. 1. Zaimportowany model
Fig.1. Imported Model
Rys 2. Okno wyboru rodzaju geometrii zaznaczonych elementów
Fig.2. Window to choose the type of geometry selected items
%
Rys. 3. Wybór geometrii elementów
Fig.3. The choice of geometry elements
Rys 4. Okno wyboru rodzaju relacji
Fig.4. Window to choose the type of relationship
()*
Drug metod animowania wiza jest wpisywanie wyrae w relacjach kontowych
i dystansowych i ich parametryczne sterowanie.
Podczas wprowadzania wartoci dla wiza mona wprowadzi sztywn warto lub
wyraenie matematyczne. Korzystanie z wyrae matematycznych pozwala na powizanie
relacji razem, poniewa nazwa innej relacji moe by podana jako zmienna w wyraeniu. Jest
to przydatne podczas modelowania systemów połczonych z komponentów[5].
Wyraenie moe zawiera operatory matematyczne +, -, *, /, sin, asin, cos, acos, atan,
sqrt, exp, x^y (gdzie y jest liczb całkowit). Dodatkowo nazwa innej relacji moe by uyta
jako zmienna, dla której warto tej relacji zostanie przypisana zmiennej. Instrukcja
if/then/else moe by wprowadzona w postaci:
(if) w przypadku spełnienia warunku
(then) wykonaj wyraenie 1
(else) niespełniony warunek wykonaj wyraenie 2
Wyraenia then/else powinno wyraa wartoci lub zmienne, które mona przypisa do
relacji. Warunki operatorowe, jakie mona uy przy tworzeniu wyraenia to: ==, !=, <, <=.
Formuła if/then/else moe by równie zagniedone, np:
(if) w przypadku spełnienia warunku 1
(then) wykonaj wyraenie 1
(else) niespełniony warunek wykonaj wyraenie
(if) w przypadku spełnienia warunku 2
(then) wykonaj wyraenie 2
(else) niespełniony warunek wykonaj wyraenie 3
Poniej przykład formuły wprowadzonej do relacji dystansu dist1, która zawiera zapis
równania drogi okrelonej pomidzy chwilami A i D.
if t<B
then (((a1)/2)*((t-A)^2)) ))
else
if t<(Ta1+A)
then ((v1*(t-A))-sa1)
else
if t<(Tv1+Ta1+A)
then ((((-a1)/2)*((t-B)^2))+s1)
else
if t<E ….
// równanie drogi przyspieszania
// równanie drogi ze stał prdkoci
// równane drogi hamowania
Odpowiednio kada zmienna ma przypisan warto relacji. Moe by ona zalena od
innej relacji i zdefiniowana pewnym wyraeniem matematycznym. Powyszy przykład
mona przedstawi, zastpujc parametry wartociami liczbowymi, pozostawiajc tylko jedn
zmienn t.
if t<600
then ((t-300)^2)/900)
// równanie drogi przyspieszania
else
if t<900
then ((t-600)/3)
// równanie drogi ze stał prdkoci
else
if t<1200
then ((t-600)^(1/2)*(100/(300^(1/2)))
// równane drogi hamowania
else
if t<1500 ….
5. Podsumowanie
Tworzenie symulacji pozwala na wizualizacj, obrazujc działanie modelu. Animacja
dostarcza informacji, które podczas projektowania mogły by niezauwaone, np. kolizje.
Pozwala okreli wiele parametrów, takich jak potrzebna przestrze, czas itp. Stosowanie
animacji moe znale szerokie zastosowanie w modernizacji istniejcego modelu czy
usprawni jego monta.
Nadawanie relacji powinno odbywa si w sposób systematyczny i przemylany. Taki
sposób pozwala na zastosowanie wielu parametrów oraz nadawanie rozbudowanych wyrae
matematycznych. Parametry te pozwalaj na sterowanie animacj, umoliwiaj ustawienie
prdkoci, przyspiesze oraz istotnych parametrów procesu. Podczas zmiany parametru
wyraenie matematyczne wprowadzone parametrycznie nie wymaga modyfikacji.
Literatura
1. Morecki A., Oderfeld J.: Teoria maszyn i mechanizmów. Warszawa: PWN, 1987.
2. Zdanowicz R.: Podstawy robotyki. Gliwice: Wyd. Politechniki lskiej, 2009.
3. Sterowanie i automatyzacja procesów technologicznych i układów mechatronicznych:
układy pneumatyczne i elektropneumatyczne ze sterowaniem logicznym (PLC). Pod red.
J. widra. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki lskiej, 2008.
4. Laboratorium z CAD-CAM. Pod red. R. Knosali. Opole: Oficyna Wyd. Politechniki
Opolskiej: 2001.
5. Dokumentacja pomocy programu OneSpace Designer.
BONDS ANIMATION IN THE ADVANCED GRAPHIC PROGRAM
ONESPACE DESIGNER
Summary: Advanced graphic programs are an example of an integrated CAD system. Allow
for the study of theoretical models that provide information enabling the assessment of
qualitative and quantitative occurrences. The article presents ways of bonds giving and their
animation. Furthermore, shows problems appearing in a giving bonds.