在Blender设计功能里，紧接其3D设计功能的就是动画功能，而动画的灵魂就是骨骼绑定，虽然专业的人物动画往往使用动作捕捉来实现绑定动画效果，但如果是机械设备，比如机械臂的动画，就只能设计师通过模拟机械运作的原理来进行主观设计，这也是Blender比较有意思的环节之一，本期我们就一起来学习如何设计和骨骼绑定一个简单的双轴机械臂吧。

　　双轴机械臂多见于各类工厂，比如电焊机器人，简单来说它的基座可以旋转，通过两个轴，连接两条可以上下摆动的大臂来进行操作，与此同时还配备外部连接杆作为限位器，控制两条摆臂的移动范围。

　　有了这个设计思路，我们就可以着手开始设计了，首先是基座，可以使用柱体作为底座，沿Z轴压缩即可，然后在编辑模式下新建一个立方体，将其设计成连接在底座上的支撑臂，因为要考虑连接第一个摆臂，所以可以用两个立方体做夹具式设计，夹住用单个立方体制作的第一个摆臂，然后第二个摆臂也用夹具式设计，上端夹住第一个摆臂，下端夹住工具头，工具头可以是机械手，也可以是其他的设计，出于学习的目的就不用做得太复杂，只需要用一个柱体来作为代表即可，可以把它视作点焊工具。

　　在设计时需要注意，第一和第二个摆臂需要在反方向做一定幅度的延伸，因为它们都需要在后端连接限位器，限位器同样是以夹具的形式来进行设计，支撑臂有一个，对应第一个摆臂的后端，第一个摆臂的中也要一个，对应第二个摆臂的后端，记得添加对应的限位杆，两个相对的限位杆一个粗一个细，这样就会形成正确的套筒观感。设计完成后还要给配件之间的连接处加上螺丝，螺丝可以用柱体来进行简单设计，最后把对应位置的限位器夹具、螺丝与支撑臂或摆臂模型融合，注意限位杆不要和模型融合，完成后就能得到如图1的设计模型了。

　　机械臂的模型设计完成后，我们接下来就需要给它添加骨骼系统了，先回到3D视图的物体模式，然后选择新建骨架，这时候会在源点生成一个单骨架，直径较大的一端是头，直径较小的一端是尾，我们进入骨架的编辑模式，点选尾端的圆球，然后按E进行挤出操作，这个过程其实和网格模型的编辑没什么区别。

　　接下来我们需要为限位杆添加单独的骨架，还是在骨架编辑模式下，直接按Ctrl+A在源点新建单独的骨架，并逐个放到与四个限位杆对应的位置，然后这一步很关键，我们要将每个限位杆骨架对应的支撑臂/摆臂骨架进行配对，在编辑模式下，先选择限位杆骨架，按住Shift再选择对应的支撑臂/摆臂骨架按Ctrl+P，选择“保持偏移量”，如此一来在姿态模式下，限位杆就会跟随对应的摆臂进行移动的，完成后的设计如图2所示。

　　然后是整个设计最关键的一步，也就是如何让骨架正确运作起来，这时候就需要使用“反向运动学”的概念了，所谓反向运动学其实就是类似牵线木偶的运动方式，在骨架的末端设置一个控制单位，通过移动这个控制单位来“牵扯”骨架进行运动，这个设计在人物运动的骨骼绑定里也经常用到。

　　我们先进入骨架的编辑模式，然后在最末端的骨架圆球上挤出一个新的骨架，它就是我们的控制单元，先选择控制单元再选择最末端的骨架，按Alt+P选择“清空父级”，这时候在姿态模式下移动这个控制单元你会发现它变成一个独立的骨架了，然后我们选择最末端的骨架，如图3所示，在右侧的“骨骼约束”面板选择“反向动力学”，将目标设置为骨架，骨骼选择刚刚设计的控制单元，这时候我们再移动控制单元，你会发现整个骨架都跟随运动了起来，这就算是初战告捷了。

　　接下来就是调整具体骨架的运动轨迹，我们知道机械臂的运动是受限的，比如基座和支撑轴只会沿全局坐标的Z轴旋转，而不会因为反向运动学就随意乱动，两个摆臂也是一样的道理。这时候需要进入“骨骼属性”，找到反向动力学的选项卡，其中就有锁定IK的设置，注意这时候的XYZ轴并不是全局坐标的XYZ轴，而是姿态模式下的坐标轴，我们可以在数据属性的视图显示选项卡里点选“轴向”来显示正确的坐标轴，再对照着进行IK锁定，比如底座和支撑轴就需要锁定X和Z轴，两个摆臂则是锁定X和Y轴，完成锁定后再移动控制单元，你会发现骨架会沿着正确的方向进行运动了。

　　最后一步就是让两组限位杆尾端固定，顶端进行相向运动，这个也比较容易实现，如图4所示，只需要为相对的两个限位杆骨架分别使用“阻尼跟踪”这个骨骼约束，目标互相设置为对方，就能在移动移动控制单元的情况下也能让它们一直保持正确的旋转方向。

　　到这个时候，骨骼的部分我们先放下，需要将机械臂模型和骨架进行绑定，我们先要关闭“编辑”菜单下的“锁定物体模式”，这样就能在不切换模式的情况下选择其他物体了，具体的操作步骤如下：骨架保持在姿态模式，先关闭限位杆骨架的“阻尼跟踪”约束，再全选所有骨骼按Alt+G和Alt+R重置位置和旋转，然后选中物体，再按Shift重新选中骨架并选择想要绑定的目标骨骼，按Ctrl+P，在弹出的菜单中选择“骨骼”，对每个部件都进行如此一次操作，再重新打开限位杆骨架的“阻尼跟踪”约束，这时候移动控制单元，你会发现机械臂骨架已经绑定成功，可以正常工作了。

　　至此，我们还需要解决一个问题，那就是限制两个摆臂的旋转范围，因为如果不限制，一来会穿模和导致动画失真，同时限位杆也会超出应有的运动范围，此时我们需要在姿态模式下先移动控制单元让它处于不正确的位置，然后选中摆臂，在骨骼属性的反向动力学项目卡内找到限制设置，因为我们之前锁定了IK，所以只有一个限制可以调整，调整它的最大值和最小值，3D视图里会用蓝色弧线表示它的运动范围，自行调整至正确位置即可，记得两个摆臂都需要调整，当完成这一步之后，如图5所示，本期的机械臂骨骼绑定设计也就完成啦。

　　对于任何动画设计来说，骨骼绑定都是绕不开的核心功能，而Blender的骨骼绑定玩法属于比较主流的类型，学习起来并不会太花时间，而且融会贯通之后还能做出许多精妙的机械设计，大家感兴趣的话可以多试试内置的各种骨骼约束功能，或许能给你带来更多的启发哦！

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