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[原创] 仿真模块运动副的自由度分析和简图表示法

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大校

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发表于 2021-8-11 23:50:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 muoubear* 于 2021-8-12 00:06 编辑

ug中的运动副主要有两类:常规运动副 和 体素(primitives)运动副。
常规运动副:旋转副,滑动副,柱面副,螺旋副,球面副,固定副,万向节副,等速副,平面副

体素(primitives)运动副:共点副,共线副,共面副,方向副,平行副,垂直副。体素(primitives)运动副因为没有实物与之对应,不像常规运动副相对好理解,下面在给出其自由度简图后,会同时给出其运动仿真图。示例为给定的立方体,其原点(主动连杆坐标系的原点)在某个角点附近,主连杆为立方体,基本连杆为大地(绝对坐标系),在不同类型的体素(primitives)运动副约束下,可通过观察立方体块的运动,了解对应运动副的自由度情况。约束组还有3个约束运动副:点在线上副,点在面上副,线在线上副。

下面的表格列出上述各类型运动副,并给出其所包含的平移,旋转和总的自由度数目。

运动副类型平移自由度旋转自由度总自由度
Joint typeTrans.Rot.Total
旋转副011
滑动副101
柱面副112
螺旋副0.50.51
万向节副022
球面副033
平面副213
固定副000
等速副022
共点副033
共线副134
共面副235
定向副303
平行副314
垂直副325
点在线上副134
点在面上副235
线在线上副112

接下来我们按上面表格的顺序,对每个类型的运动副分别进行分析,并给出其自由度简图。每个简图左下角的坐标系图标表示当前为绝对坐标系。旋转副,只有一个旋转自由度,可以绕X(红色点划线),Y(绿色点划线),或Z(蓝色圆)轴旋转,自由度简图如图1所示。
旋转副 4.png

图1 旋转副自由度简图


滑动副,只有一个滑动自由度,可以沿X,Y,或Z轴滑动,自由度简图如图2所示。
滑动副 5.png

图2 滑动副自由度简图


柱面副,1个旋转自由度和1个滑动自由度,并且为同一个轴线,自由度简图如图3所示。
柱面副 2.png

图3 柱面副自由度简图


螺旋副,可以理解为一个旋转和滑动联动的柱面副,自由度简图如图4所示,简图中的圆弧和直线代表旋转和滑动的联动关系。
螺旋副 3.png

图4 螺旋副自由度简图万向节副,2个旋转自由度,自由度简图如图5所示,简图中的圆弧表示输入与输出旋转轴为联动关系。
万向节副 6.png

图5 万向节副自由度简图


球面副,3个旋转自由度,自由度简图如图6所示。
球面副 8.png

图6 球面副自由度简图


平面副,2个平移,1个旋转,自由度简图如图7所示。
平面副 9.png

图7 平面副自由度简图


固定副,0平移,0旋转,自由度简图仅包含一个原点,如图8所示。
固定副 11.png

图8 固定副自由度简图


等速副,相当于输入速度与输出速度相同的万向节副,自由度简图如图9所示。
等速副 12.png

图9 等速副自由度简图



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 楼主| 发表于 2021-8-11 23:54:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 muoubear* 于 2021-8-12 00:04 编辑

共点副,3个旋转自由度,等价于球面副,自由简图与图6相同,共点副运动仿真示例如图10所示。
Atpoint.gif

图10 共点副运动仿真示例

共线副,3个旋转,1个平移,相当于多了一个沿Z轴平移的共点副,自由简图如图11所示,共线副运动仿真示例如图12所示。

共线副 13.png

图11 共线副自由度简图


Inline.gif

图12 共线副运动仿真示例



共面副,3个旋转,2个平移,相当于多了2个平移(沿X轴和Y轴)的共点副,自由简图如图13所示,共面副运动仿真示例如图14所示。

共面副 14.png

图13 共面副自由度简图


Inplane.gif

图14 共面副运动仿真示例



定向副,3个平移,自由简图如图15所示,定向副运动仿真示例如图16所示。

定向副 15.png

图15 定向副自由度简图


Orientation.gif

图16 定向副运动仿真示例



平行副,3个平移,1个旋转,相当于多了一个绕Z轴旋转的定向副,自由简图如图17所示,平行副运动仿真示例如图18所示。

平行副 16.png

图17 平行副自由度简图


Parallel.gif

图18 平行副运动仿真示例



垂直副,3个平移,2个旋转,相当于多了2个旋转的定向副,自由简图如图19所示,垂直副运动仿真示例如图20所示,在垂直副中,主连杆的Z轴(图示中的蓝色线)始终垂直于基本连杆的Z轴,图示以默认的大地(即绝对坐标系)作为基本连杆。

垂直副 17.png

图19 垂直副自由度简图


Perpendicular.gif

图20 垂直副运动仿真示例



点在线上副,1个平移,3个旋转,与共线副很相似,所不同的是共线副平移的方向为Z轴,点在线上副是沿着曲线平移,以原点所在曲线的切线方向作为X轴,自由简图如图21所示。

点在线上副 19.png

图21 点在线上副自由度简图



点在面上副,2个平移,3个旋转,相当于多了1个平移的点在线上副,以原点所在曲面的u向和v向作为X轴和Y轴,自由简图如图22所示。

点在面上副 21.png

图22 点在面上副自由度简图



线在线上副,1个平移,1个旋转,两曲线共面,以两曲线切点(原点)的切线方向作为X轴,自由度简图如图23所示。ps:官方帮助说该运动副有4个自由度,但并没有给出具体说明,个人理解因为曲线的运动被限定在平面内,且始终保持接触,设定原点处的切线方向为X轴,则只能沿X轴滑动,和沿Z轴旋转。

线在线上副 0.png

图23 线在线上副自由度简图


上面所讲述的运动副自由度简图表示法,仅代表个人分析机构运动的一种方法,仅供读者参考,约束类运动副自由度(点在线上副,点在面上副,线在线上副)的数目为个人分析给出,有可能存在误解,若存在错误,还希望了解的读者给出正确的解答并留言,我会及时给予回复并更正。
下一篇文章,我会使用运动副自由度简图,重新绘制工业6轴机器人,并以工业6轴机器人绘制五星红旗的案例进行讲解。

更多关于运动副方面的内容,可以参考以下之前发布的文章:




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 楼主| 发表于 2021-8-13 07:34:14 | 显示全部楼层
muoubear* 发表于 2021-8-11 23:54
共点副,3个旋转自由度,等价于球面副,自由简图与图6相同,共点副运动仿真示例如图10所示。

图10 共点 ...


补充:线在线上副自由度数目更正


昨天在论坛看到一个求助贴,求助的主题刚好就是线在线上副的应用,看了他发布的图片,我恍然大悟,原来这个线在线上副的确是4个自由度,添加线在线上副时,虽然要求两曲线共面,但在仿真运动的时候,两曲线只要始终保持接触即可,并没有要求非限定在同一个平面内.


所以线在线上副的描述应该是,1个平移,3个旋转,添加线在线上副时,两曲线必须共面,仿真时,两曲线以接触点为原点,主动曲线原点的切线方向作为X轴,与点在线上副的运动相似,自由度简图如图1所示。


线在线上副更正 0.png

图1 线在线上副自由度简图


点在线上副和线在线上副的自由度简图相同,为了区分两者,可以在图1的基础上,添加点在线上,线在线上的符号示意进行区别,如图2,图3所示。


线在线上副更正1 0.png

图2 点在线上副自由度简图(加点在线上示意符号)


线在线上副更正2 1.png

图3 线在线上副自由度简图(添加线在线上示意符号)



其他运动副自由度简图的讲解,可点击阅读原文进行跳转。


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发表于 2021-8-13 14:12:35 | 显示全部楼层
占个坑 学习下先
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发表于 2021-8-13 17:15:46 | 显示全部楼层
工厂画图10年不如楼主拧螺丝10年
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发表于 2021-8-13 18:00:09 | 显示全部楼层
楼主竟然如此英俊。。。。。
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六级士官

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发表于 2021-8-18 17:00:05 | 显示全部楼层
谢谢分享,楼主辛苦了
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三级士官

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发表于 2022-11-5 19:59:21 | 显示全部楼层
多谢楼主分享,近期我也在学习UG运动学仿真,以前我做仿真是用pro/E做的,界面方法有很大的不同,谢谢!
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