火炮膛内拍照机器人方案设计及联合仿真机器人方案设计及仿真分析(3)
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蠕动式 上海交通大学 模仿昆虫爬行状态实现机器人的行动作业
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1.3三文实体建模方法
三文建模方法[8,9]的发展以及虚拟技术的出现，方便了设计和创新，极大的推动了生产的进程。设计人员可以省去一些繁琐的空间尺寸校核，直接从三文的角度出发，通过三文软件仿真分析设计方案是否可行，是否可靠。三文建模理论伴随现代化的发展日趋成熟，许多优秀的建模技术与软件也相继出现，它们不仅功能强大而且使用方法也越来越趋于人性化，深受广大设计人员的喜爱。
随着计算机技术的发展和普及，人们已经从手工绘图变成将设想的零件绘制成立体图形，通过使用CAD软件直接将思文中的实体模型，得到虚拟的三文图形。这种计算机模型形象，具体，方便修改和变换视角，这使得设计变得轻松、简单。
由于计算机技术自身特点，在这类设计软件中，设计人员可以直接操作参数和变量。传统的CAD软件在绘图时候通过给定的尺寸值得到用户设想的形状，一旦绘制错误必须事先删除，使得工作繁琐，另外设计工作一般无法一蹴而就，大多是在原有基础上的改进各个尺寸要素的参数。加入参数化和变量化模块可以使得设计随某些结构改变而自动改变，在装配设计中也可以用来建立装配体的装配关系，同样可以使得其中某个零部件尺寸改变时，其他相关零部件也随之改变，让结构任然符合原有配合关系。显然，参数化、模块化可以减少大量的重复，减轻劳动量。
不仅如此，随着设计的参数化、变量化，我们可以通过改变参数对设计结构进行合理分析，比如对重要零件进行有限元分析。通过加入诸如此类的分析，可以合理找到重要零件的最优化设计，得到最佳截面，达到节省材料、美化设计的目的。
1.4有限元分析发展现状
有限元法[10]是一种现代数值计算方法，需要大量计算，它在现代设计中的广泛应用离不开计算机的快速发展。首次应用是在 50 年代，解决了飞机静、动态特性分析。有限元的计算主要有弹性力学理论和计算数学，与矩阵相关。有限元法把分析对象分成节点处相连的子单元，因此它给出的不是各单元的精确解。由于划分手段不一，分析对象的划分多样，可以用来求解各种几何形状、具有各种复杂边界条件和复杂材料性能的问题。相比之下，虽然大多数实际问题得到的是近似解，随着计算机的发展使得有限元的计算精度不断提高，又因为解决范围大，因而成为工程设计分析者常用软件。
有限元法[11-13]思想最早出现在20世纪40年代。1943年，一位学者在研究扭转问题时，采用分片连续函数，这是离散化思想的雏形。大致10年以后，有限元思想才再次出现。1956 年，Turner、Claugh等人利用三角形单元解决了平面应力问题，结合弹性理论，他们得到了三角单元的特性，并第一次提出了直接刚度法。之后，随着计算机的出现，他们又用有限元法解决了复杂平面弹性问题。随后，1969年，Claugh又深入分析了平面弹性问题后，工程师们开始认识到有限元法的巨大功能。当进入20 世纪 70 年代时，有限元法的处理能力随着电子技术的普及与发展得到了极大的提高，有关有限元的理论也愈加的成熟，其在各方面的应用也被广泛挖掘。这个阶段中，有限元法的主要进展有：从理论上给出单元划分原则，形函数选择；研究了数值计算方法及其附带的误差、收敛性和稳定性问题；出现了各类相关求解软件帮助工程师完成分析作业。
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