CN110287614B

CN110287614B - 一种教学用动态三维模型及其动作构建方法

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Publication number: CN110287614B
Application number: CN201910574029.3A
Authority: CN
Inventors: 王强; 汪睿婷; 江坤; 韩心远
Original assignee: Shanghai Mingcai Education Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Mingcai Digital Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-09-18
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: CN110287614A

Abstract

本发明公开了一种教学用动态三维模型及其动作构建方法，动态三维模型包括本体、属性面板、输入端口、输出端口，通过属性面板设置输入端口的属性，运行时，输出端口将动态三维模型的动作输出至仿真界面。动作构建方法首先创建统一的结构化框架，其次定义动态三维模型的动作参数及动作参数边界；然后为每一个动态三维模型定义动作入口及动作出口，并将模型的动作与动作入口进行绑定；最后根据动态三维模型的动作入口来调用模型的动作API，驱动三维模型。本发明模型采用统一结构化方式，输入输出信号具有很强的复用性，一次定义多次使用的原则，使用者通过参数输入就可以定义自己所需要的模型动作，达到提升灵活度的目标。

Description

一种教学用动态三维模型及其动作构建方法

技术领域

本发明属于教学用仿真软件领域，具体涉及一种教学用动态三维模型及其动作构建方法。

背景技术

为了使动态三维模型能在仿真过程中运行起来，一般需要为动态三维模型的运行姿态配置触发方式，在现有技术的仿真软件中，通常是将动作组件中内置的子对象组件信号与新建的运行姿态相关信号作对应关联，具体操作如下：

1、创建动作组件：

新建一个受信号与属性控制的动作组件，在该组件下添加所需的子对象组件，用于设置动态三维模型运动中已定义好的姿态。不同姿态需添加对应的子对象组件。

2、配置每个子对象组件的属性：

选择动态三维模型、运动姿态、运行时间，完成子对象组件的属性定义。该子对象组件包含预置的3个输入信号和3个输出信号。例如，当设置执行输入信号时，动态三维模型移向给定姿态；达到给定姿态时，设置执行完成输出信号。

3、创建动作组件的I/O信号(即输入、输出信号)：

新建一组信号数据，设置信号类型、信号名称，用于在仿真运行时调用。

4、关联信号：

添加一组I/O信号连接数据，将创建好的动作组件中的I/O信号与子对象组件中的信号做对应关联。

上述三维模型在仿真应用中存在诸多不便利之处，例如：

局限的信号类型，无法灵活定义子组件对象的信号，无法实现不支持的动作信号类型。

操作复杂，为模型运行配置信号需要设置大量的信号参数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种教学用动态三维模型及其动作构建方法，解决了现有技术仿真用三维模型操作复杂、无法灵活运用的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种教学用动态三维模型，包括动态三维模型本体、属性面板、封装在动态三维模型本体上的输入端口、输出端口，其中，通过属性面板设置输入端口的属性，运行时，输出端口将动态三维模型的动作输出至仿真界面。

所述输入端口的属性包括动作参数以及动作参数的运动边界。

一种教学用动态三维模型的动作构建方法，包括如下步骤：

步骤1、为具有动态属性的三维模型创建统一的结构化框架，所述结构化包括三维模型内部动作处理、数据输出处理、数据输入处理的结构化；

步骤2、根据三维模型的运动原理，定义动态三维模型的动作参数；并根据模型运动范围定义模型动作参数边界；

步骤3、为每一个动态三维模型的动作进行封装，根据传入的参数数据分配不同的动作入口，通过动态三维模型的结构化框架将模型的动作与动作入口进行绑定；

步骤4、为每一个动态三维模型定义动作出口，通过动态三维模型的结构化框架找到对应的模型动作入口与动作入口所绑定的模型，根据动态三维模型的动作入口来调用模型的动作API；

步骤5、将每一个动态三维模型的动作数据全部存储在结构化框架中，并将动态三维模型的动作与模型属性面板进行绑定，用于将模型结构化框架中所保存的动作数据进行展示。

还包括调用I/O信号配置的步骤，在I/O信号面板上，选择模型属性面板中定义好的动作，与I/O信号做关联对应，通过API调用动态三维模型的输入输出信号，执行该模型对应的运动。

终端使用者通过动态三维模型的属性面板进行模型动作参数配置。

所述步骤2中的动作参数包括平移、旋转、运动坐标。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明使得动态三维模型的输入输出信号具有很强的复用性，一次定义多次使用的原则，规避了重复工作量的问题。

2、动作参数化使得动态三维模型的动作多样化，使用者通过参数输入就可以定义自己所需要的模型动作，达到提升灵活度的目标。

3、模型采用统一结构化方式，使模型动作仅需要更新API就可以实现扩充，提高了系统的可扩展性。

4、重新设计了动作信号配置过程，达到降低使用门槛、工作量和操作时间以及提升灵活度的目标。

5、本发明针对信号类型局限的问题，规避了该信号类型问题，直接模拟真实场景中设备端口，开放动态三维模型信号。

6、用户应用本发明的仿真系统，不需要花费大量的时间配置模型运动信号，只需要在显示板上调用已设置完的动态三维模型动作，即可得到该动作的输入信号和输出信号，供后续仿真操作中使用。

附图说明

图1为本发明动态三维模型的动作构建方法的模块框图。

图2为本发明动态三维模型的动作与模型面板绑定的模块框图。

图3为本发明具体实施例顶升机构三维模型结构图。

图4为本发明具体实施例顶升机构三维模型的属性面板图。

图5为本发明具体实施例单工位进料系统三维模型结构图。

图6为本发明具体实施例单工位进料系统三维模型的属性面板图。

图7为本发明具体实施例变位机三维模型结构图。

图8为本发明具体实施例变位机三维模型的属性面板图。

其中，图中的标识为：1-固定支撑板；2-线性导向轴；3-直线轴承；4-顶板；5-气缸；6-顶升机构升降连接点；7-工作台；8-治具底基座；9-线性滑轨；10-无杆气缸；11-治具底基座连接点；12-变位机立柱；13-变位机纵梁；14-法兰；15-立柱回转支撑；16-第一纵梁回转支撑；17-变位机纵梁法兰连接点；18-变位机立柱纵梁连接点；19-第二纵梁回转支撑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构及工作过程作进一步说明。

用户应用本发明的动态三维模型进行教学仿真，不需要花费大量的时间配置模型运动信号，只需要在显示板上调用已设置完的动态三维模型动作，即可得到该动作的输入信号和输出信号，供后续仿真操作中使用。

一种教学用动态三维模型的动作构建方法，如图1、图2所示，包括如下步骤：

该方法使得动态三维模型的输入输出信号具有很强的复用性，一次定义多次使用的原则，规避了重复工作量的问题。动作参数化使得动态三维模型的动作多样化，使用者通过参数输入就可以定义自己所需要的模型动作，达到提升灵活度的目标。

模型采用统一结构化方式，使模型动作仅需要更新API就可以实现扩充，提高了系统的可扩展性。

重新设计了动作信号配置过程，达到降低使用门槛、工作量和操作时间以及提升灵活度的目标。

本发明针对信号类型局限的问题，规避了该信号类型问题，直接模拟真实场景中设备端口，开放动态三维模型信号。

具体实施例一，如图3、图4所示：

以顶升机构的三维模型为例对该方案的动态三维模型及其动作构建方法做详细介绍

具有动态属性的顶升机构三维模型包括顶升机构本体、属性面板、封装在顶升机构本体上的输入端口、输出端口，通过属性面板设置输入端口的属性，运行时，输出端口将顶升机构的动作参数输出至顶升机构本体，使得顶升机构本体的动作在仿真界面进行显示；

顶升机构本体的主要零部件包括固定支撑板1、线性导向轴2、直线轴承3、顶板4、气缸5，气缸5包括气缸本体和气缸推杆，在气缸本体和气缸推杆之间位于气缸推杆的外侧中心点处具有预先定义好的顶升机构升降连接点6，顶升机构升降连接点6作为输入端口，定义纵向轴向运动属性，+为向上运动，-为向下运动；

输出端口具有触发特性，接收到触发信号后，读取输入端口的动作参数，并将所读取的动作参数输出至顶升机构本体的相应部件，使其运动。

该顶升机构动态三维模型的动作构建方法，包括如下步骤：

步骤1、为顶升机构创建统一的结构化框架，该框架作为任一个模型通用的基本骨架；

步骤2、根据顶升模型上升和下降的运动原理，定义顶升的上升最大值和下降量大值，并在结构化框架中初使化这些参数；

步骤3、创建顶升模型的动作类，为顶升模型的动作进行封装，根据顶升模型的运动原理，对顶升机构升降连接点上升和下降的动作进行封装，并与结构化框架中的参数进行关联，即形成了顶升模型的动作入口；该动作入口即为输入、输出端口中的输入端口(即可以理解为I/O中的I)；对动态三维模型进行动作封装称之为模型的运动策略；

步骤4、为顶升模型创建动作出口，当触发顶升模型的动作出口模块时，模块会从顶升模型的入口处获取模型运动信息，根据顶升模型的运动策略调用模型的动作API，使模型运动；

步骤5、创建顶升模型的属性面板，该属性面板与顶升模型的统一结构化框架进行绑定，当属性面板被打开时，面板会将顶升机构的结构化框架中的数据显示出来。

该实施例顶升机构的属性面板中的动作设置面板应用如下：

该动作设置界面中，编号Act1、Act2为动作编号，名称为顶升机构的动作名称，时长为相应的动作完成需要的时间，以秒为单位，预览为相应的预览按钮；

在Act1对应的上升时长栏输入设置的时间，点击横排对应的预览按钮，显示单元中的顶升机构上部分从启动到升到最顶端用时即为设置的时间，单位为秒；例如，在Act1对应的上升时长栏输入3，点击横排对应的预览按钮，显示单元中的顶升机构上部分从启动到升到最顶端用时即为3秒；

同样，在Act2对应的上升时长栏输入2，点击横排对应的预览按钮，显示单元中的顶升机构上部分从最顶端下降到原始状态用时2秒。

具体实施例二，如图5、图6所示：

以单工位进料系统的三维模型为例对该方案的动态三维模型及其动作构建方法做详细介绍：

具有动态属性的单工位进料系统三维模型包括单工位进料系统本体、属性面板、封装在单工位进料系统本体上的输入端口、输出端口，通过属性面板设置输入端口的属性，运行时，输出端口将单工位进料系统的动作参数输出至单工位进料系统本体，使得单工位进料系统本体的动作在仿真界面进行显示；

单工位进料系统的主要零部件包括工作台7、治具底基座8、线性滑轨9、无杆气缸10，其中，线性滑轨平行设置于工作台7的台面上，无杆气缸10设置在两根线性滑轨9的中间，无杆气缸10包括导向块和气缸本体，线性滑轨9包括滑轨和滑块，滑块设置在滑轨上，能够沿滑轨往复运动，治具基底座8位于导向块的上方跨接在两个滑块上，在气缸导向块和本体之间，位于导向块的外层中心点处具有治具底基座连接点11，治具底基座连接点11作为输入端口，定义横向轴向运动属性，+为前进运动，-为后退运动；

输出端口具有触发特性，接收到触发信号后，读取输入端口的动作参数，并将所读取的动作参数输出至单工位进料系统的相应部件，使其运动。

该单工位进料系统动态三维模型的动作构建方法，包括如下步骤：

步骤1、为单工位进料系统创建统一的结构化框架，该框架作为任一个模型通用的基本骨架，用来存放模型的参数数据；

步骤2、根据单工位进料系统的左、右平移运动原理，定义单工位进料系统的左移最大值和右移最大值，并在结构化框架中初使化这些参数；

步骤3、创建单工位进料系统模型的动作类，为单工位进料系统模型的动作进行封装，根据单工位进料系统模型的运动原理，对左移或右移的动作进行封装，并与结构化框架中的参数进行关联，形成单工位进料系统模型的动作入口；

步骤4、为单工位进料系统模型创建动作出口，当触发单工位进料系统模型的动作出口模块时，模块从单工位进料系统模型的动作入口处获取模型运动信息，根据单工位进料系统模型的运动策略调用模型的动作API，使模型运动；

步骤5、创建单工位进料系统模型的属性面板，将该属性面板与单工位进料系统模型的结构化框架进行绑定，当属性面板被打开时，面板会将单工位进料系统的结构化框架中的数据显示出来。

该实施例单工位进料系统模型的属性面板中的动作设置面板应用如下：

该动作设置界面中，编号Act1为动作编号，名称为单工位进料系统的自定义动作名称，速度为相应的动作速度，以米每秒为单位，设置里包括四个按钮，从左到右依次为动作参数查看、动作参数修改、动作预览、动作参数删除；动作设置界面还包括如下参数：

X(mm)表示移动部分的移动轴向，与原点坐标X轴方向一致；

Y(mm)表示移动部分的移动轴向，与原点坐标Y轴方向一致；

Z(mm)表示移动部分的移动轴向，与原点坐标Z轴方向一致；

0表示移动行程的最小距离；

1380表示移动行程的最大距离；

拖拽滑块确定最终行程，点击右上角的按钮增加一条动作设置属性，编号Act1对应的名称可填写移至进料位置，速度设定为2m/s，即动作设置完成。点击动作参数查看按钮查看设置的参数，点击动作参数修改按钮修改设置的参数、点击动作预览按钮可在场景中观察设备运动、点击动作参数删除按钮可删除该条参数。

具体实施例三，如图7、图8所示：

以变位机的三维模型为例对该方案的动态三维模型及其动作构建方法做详细介绍：

具有动态属性的变位机三维模型包括变位机本体、属性面板、封装在变位机本体上的输入端口、输出端口，通过属性面板设置输入端口的属性，运行时，输出端口将变位机的动作参数输出至变位机本体，使得变位机本体的动作在仿真界面进行显示；

变位机本体的主要零部件包括变位机立柱12、变位机纵梁13、法兰14、立柱回转支撑15、第一纵梁回转支撑16、第二纵梁回转支撑19，其中，变位机立柱12具有立柱回转支撑15，变位机纵梁13具有第一纵梁回转支撑16和第二纵梁回转支撑19，立柱回转支撑15与第一纵梁回转支撑16连接且能够相对运动，第二纵梁回转支撑19与法兰14连接且能够相对运动。

在立柱回转支撑15和第一纵梁回转支撑16之间增加变位机立柱纵梁连接点18，变位机立柱纵梁连接点18位于立柱回转支撑15和第一纵梁回转支撑16的接触面中心轴上，变位机立柱纵梁连接点18作为该实施例的第一输入端口，定义为旋转运动属性，第一纵梁回转支撑16可以随变位机立柱纵梁连接点18的旋转绕中心轴旋转；

法兰14与第二纵梁回转支撑19之间增加变位机纵梁法兰连接点17，变位机纵梁法兰连接点17位于法兰14与第二纵梁回转支撑19的接触面中心轴上，变位机纵梁法兰连接点17作为该实施例的第二输入端口，定义为旋转运动属性，法兰14可以随变位机纵梁法兰连接点17的旋转绕中心轴旋转；

输出端口具有触发特性，接收到触发信号后，读取对应输入端口的动作参数，并将所读取的动作参数输出至变位机的相应部件，使其运动。

该变位机动态三维模型的动作构建方法，包括如下步骤：

步骤1、为变位机创建统一的结构化框架，该框架作为任一个模型通用的基本骨架，用来存放模型的参数数据；

步骤2、根据变位机沿X轴旋转的运动原理，定义变位机的左旋转最大值和右旋转最大值，并在结构化框架中初始化这些参数；

步骤3、创建变位机模型的动作类，为变位机模型的动作进行封装，根据变位机模型的运动原理，对变位机沿X轴旋转的动作进行封装，并与变位机模型的结构化框架中的参数进行关联，形成变位机模型的动作入口；

步骤4、为变位机模型创建动作出口，当触发变位机模型的动作出口模块时，模块会从变位机模型的入口处获取模型运动信息，根据变位机模型的运动策略调用模型的动作API，使模型运动。

步骤5、创建变位机模型的属性面板，将该属性面板与变位机的结构化框架进行绑定，当属性面板被打开时，面板会将变位机的结构化框架中的数据显示出来。

该实施例变位机模型的属性面板中的动作设置面板应用如下：

该动作设置界面，编号Act1为动作编号，名称为变位机的自定义动作名称，速度为相应的动作速度，以米每秒为单位，设置里包括四个按钮，从左到右依次为动作参数查看、动作参数修改、动作预览、动作参数删除；动作设置界面还包括如下参数：

X(mm)表示旋转轴，与原点坐标X轴方向一致；

Y(mm)表示旋转轴，与原点坐标Y轴方向一致；

Z(mm)表示旋转轴，与原点坐标Z轴方向一致；

0表示旋转的最小角度；

360表示旋转的最大角度；

拖拽滑块确定旋转角度，点击右上角的按钮增加一条动作设置属性，编号Act1对应的名称可填写移至焊接位置，速度设定为30°/s，即动作设置完成。点击动作参数查看按钮查看设置的参数，点击动作参数修改按钮修改设置的参数、点击动作预览按钮可在场景中观察设备运动、点击动作参数删除按钮可删除该条参数数据。

上述所有的技术特征中，除属性面板外，均为底层设置，模型动作构建过程中，作为一种隐形的控制数据赋予给动态三维模型的本体，用户在应用的过程中，只要通过属性面板做简单的参数设置即可直接应用。

上述实施例仅仅作为特例对本技术方案做进一步的说明，不能认为本方案仅仅保护所述实例，而是所有的仿真用动态三维模型均可用该方法构建，方便了用户应用，节约了教学时间，提高了教学效率。

Claims

1.一种教学用动态三维模型的动作构建方法，所述教学用动态三维模型包括动态三维模型本体、属性面板、封装在动态三维模型本体上的输入端口、输出端口，其中，通过属性面板设置输入端口的属性，运行时，输出端口将动态三维模型的动作输出至仿真界面，其特征在于：包括如下步骤：

步骤5、将每一个动态三维模型的动作数据全部存储在结构化框架中，并将动态三维模型的动作与模型属性面板进行绑定，用于将模型结构化框架中所保存的动作数据进行展示；

步骤6、调用I/O信号配置，在I/O信号面板上，选择模型属性面板中定义好的动作，与I/O信号做关联对应，通过API调用动态三维模型的输入输出信号，执行该模型对应的运动。

2.根据权利要求1所述的教学用动态三维模型的动作构建方法，其特征在于：终端使用者通过动态三维模型的属性面板进行模型动作参数配置。

3.根据权利要求1所述的教学用动态三维模型的动作构建方法，其特征在于：所述步骤2中的动作参数包括平移、旋转、运动坐标。

4.根据权利要求1所述的教学用动态三维模型的动作构建方法，其特征在于：所述输入端口的属性包括动作参数以及动作参数的运动边界。