基于SolidWorks的摄影机器人虚拟设计与运动分析

    摄影机器人技术在好莱坞影视拍摄过程中已经大量使用，可以完成一些人工摇臂无法完成的动作。本文针对现实情况及影视拍摄的需要，对摄影机器人的整体构造进行设计和仿真分析。

    虚拟样机技术是近些年发展起来的，借助虚拟仿真技术，形成了一种从上到下的整体开发模式。借用虚拟样机技术，对摄影机器人进行整体建模、动态仿真，对产品经行相关测试，提高产品可行性的实施。

    摄影机器人依照提前规划的运动轨迹进行运动，利用先进机器人技术实现更优秀的拍摄效果。

1 整体设计方案

    1.1 基本要求

    经现场调研，影视公司的基本要求是：1）高清影视摄影机在空中活动范围大概为长6m，宽5m，高3m的长方体空间；2）可以实现摄影机水平移动，抬升要求，横向、纵向环绕主体运动，操作简单快捷，满足影视工作者的高难度拍摄要求；3）高清影视摄影机可以实现多自由度运动，满足拍摄特效的要求。

    1.2 方案结构

    摄影机器人运动简图方案如图1所示。自由度是机器人的结构决定的，并直接影响到机器人的机动性。A，E，F关节作旋转运动。B，C，D关节作仰俯运动。

图1 摄影机器人的运动简图

    1.3 三维建模和运动原理

    结合运动简图与相关参数尺寸，利用的拉伸、放样、旋转命令经行三维模型建立。蜗轮、蜗杆、齿轮、齿条利用三维工具箱设置相应参数生成，采用自上而下的虚拟装配方法进行组合。两个构件装配时通常采用两个面重合，但是为了更好地使用motion模块，需要使用装配里的高级机械装配中的铰链装配，方便在动态仿真操作中得到更准确的数据。

    摄影机器人的三维模型如图2所示。其运动原理是：机器人机身底座安装在滑动导轨上，依靠齿轮齿条，将来自电机的旋转运动转换为直线运动。A腰转运动部位安装蜗轮蜗杆装置，机器人的腰部与蜗轮连接，电机驱动蜗杆实现腰转运动。B肩转运动依托电机驱动。电机驱动曲柄，借助四连杆机构实现了C肘转运动。电机驱动正交的伞齿轮实现了D仰俯运动。E偏转、F回转利用电机驱动轴线平行的齿轮实现云台转动。

图2 摄影机器人的三维模型

2 摄影机器人运动仿真与分析

    2.1 定义约束和添加驱动