SimMechanics簡介(模塊)

1、SimMechanicsSimMechanics 模塊組提供了建模的必要模塊， 可以直接在 Simulink 中使用。SimMechanics 支持用戶自定義的構(gòu)件模塊，可以設(shè)定質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量。通過節(jié)點(diǎn)聯(lián)接各個構(gòu)件來表示可能的相對運(yùn)動， 還可以在適當(dāng)?shù)牡胤教砑舆\(yùn)動約束、 驅(qū)動力。運(yùn)行 matlab，點(diǎn)擊進(jìn)入 simulink 界面，在 simulink 庫中點(diǎn)擊 simscape 前點(diǎn)加號，在點(diǎn)擊 SimMechanics 前的加號，就可以進(jìn)入 SimMechanics 的模塊庫了，如圖 1 所示。模 塊 組 包 含 剛 體 子 模 塊 組 （ Bodies ）、 約 束 與 驅(qū) 動 模 塊組

2、（ Constraints&Drivers ）、力單元模塊組（ Force Elements）、接口單元模塊組Interface Elements）、 運(yùn)動鉸 模塊 組（ Joints）及 傳感 器和 激勵 器模塊 組Sensors&Actuators）和輔助工具模塊組（ Utilities ）。圖 1剛體子模塊（ Bodies）雙擊此模塊，彈出模塊組，此模塊組包括四個模塊： 剛體（Body）、機(jī)架（Ground）機(jī)械環(huán)境（ Machine Enviroment）和共享機(jī)械環(huán)境（ Shared Enviroment）。如圖 2圖 2所示。機(jī)械環(huán)境（ Machine Enviro

3、nment）是為仿真定義環(huán)境變量。雙擊此模塊，打開模塊參數(shù)設(shè)計(jì)窗口，如圖 3 所示，可以設(shè)定重力、維數(shù)、分析模式、約束求解器、誤差、線性化和可視化 等。共享環(huán)境聯(lián)接兩個剛體模塊使他們享有相同的機(jī)械環(huán)境。機(jī)架只有一個連接端， 另外一個固定。 一個機(jī)械系統(tǒng)一般都要設(shè)定他的機(jī)械環(huán)境。圖 3剛體（ body）有兩個連接端，其中一個為主動端，另一端為從動端。雙擊此模塊，彈出模塊參數(shù)設(shè)計(jì)窗口， 如圖 4 所示，可以在此窗口中定義質(zhì)量、 慣性矩、坐標(biāo)原點(diǎn)、剛體的初始位置和角度等參數(shù)。圖 4其它兩個模塊的參數(shù)同樣可以這樣設(shè)定。約束與驅(qū)動模塊組（ Constraints&Drivers）雙擊此模塊，在右

4、邊窗口中可以看到此模塊組包含有以下模塊：Angle Driver ：設(shè)定兩個剛體坐標(biāo)間的角度。Distance Driver：設(shè)定兩個坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。Gear Constraint：齒輪約束。Linear Driver ：確定兩個剛體坐標(biāo)間的向量差。Parallel Constrant：平行約束。Point-Constraint：曲線約束。Velocity Driver ：確定兩個剛體坐標(biāo)間的相對線速度和角速度。利用此模塊可以事先設(shè)定定機(jī)構(gòu)間約束， 這些約束可以時間無關(guān)的限制或與Simulink 信號時間相關(guān)的自由度。這里介紹一下齒輪約束；雙擊，彈出參數(shù)設(shè)置窗口， 可以在此窗口中設(shè)置傳感器個數(shù)

5、和齒輪的節(jié)圓半徑。如圖 5 所示，傳感器個數(shù)為 0，主動輪和從動輪節(jié)圓半徑都為1m。圖 5力單元模塊組（ Force Elements）此子模塊庫包含了Body Spring&Damper 和 Joint Spring&Damper 兩個模塊，可以通過這兩個模塊創(chuàng)建機(jī)構(gòu)間的力或扭矩。Body Spring&Damper：在兩個剛體之間施加線性阻尼振子。Joint Spring&Damper：在兩個剛體間的單自由度鉸或單自由度轉(zhuǎn)動鉸建立一個線性阻尼振蕩力或力矩。雙擊模塊，彈出參數(shù)設(shè)置窗口，可以在窗口中設(shè)置彈簧阻尼模塊的參數(shù)（彈性系數(shù)、阻尼系數(shù)、彈簧自然長度）和單位

6、。如圖6 所示。圖 6接口模塊組（ Interface Elements）這個子模塊庫包含了 移動副接口（Prismatic-Translational Interface）和轉(zhuǎn)動副接口（ Revolute-Rotational Interface）兩個模塊。運(yùn)動鉸子模塊（ Joints）運(yùn)動鉸子模塊提供了各種運(yùn)動鉸鏈，利用這些運(yùn)動鉸就可以將剛體構(gòu)件連接起來，如圖 7 所示。圖 7它包 含了 兩個子模塊庫 Disassembled Joints 和 Massless Connectors。Disassembled Joints 模塊庫中的模塊是分解后的鉸，不同于 Joints 中對應(yīng)的鉸，它們

7、有不同的基準(zhǔn)點(diǎn)。 Massless Connectors 中的模塊是 Joint 中對應(yīng)的鉸的組合。雙擊常用模塊，彈出參數(shù)設(shè)置窗口，可以在此窗口中設(shè)置傳感器的數(shù)量及其坐標(biāo)等參數(shù)，如圖8 所示。圖 8傳感器與激勵器模塊組（Sensors&Actuators）雙擊模塊，彈出圖 9 所示模塊組。該模塊組中的模塊用來和普通的 Simulink 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。Body Actuator：通過廣義力或力矩來驅(qū)動剛體。Body Sensor：剛體檢測模塊。Constraint&Driver Sensor：檢測一對受約束剛體間的力或力矩。Driver Actuator ：對一對互相約束的剛

8、體施加相對運(yùn)動。Joint Actuator：在鉸鏈處施加力或力矩。Joint Initial Condition ：在仿真之前給鉸施加初始位移和速度。Joint Sensor：鉸檢測模塊。Joint Stiction Actuator：給鉸施加初始位移和速度。Variable Mass&Inertia Actuator：在一個坐標(biāo)系中，剛體的質(zhì)量隨時間變化。圖 9在模型中雙擊 模塊，會彈出圖設(shè)置激勵的方式和個參數(shù)的單位。9 所示窗口?？梢栽诖舜翱谥袌D 9輔助工具子模塊庫（ Utilities ）此模塊庫包含以下模塊：Connection Port ：子系統(tǒng)物理建模連接端口。Continuous Angle ：將傳感器輸出的非連續(xù)、有界角度轉(zhuǎn)換成無界連續(xù)的角輸出。Convert from Rotation Matrix to Virtual Reality Toolbox ：將 3*3 的旋轉(zhuǎn)矩陣轉(zhuǎn)換成等價的VRML （虛擬現(xiàn)實(shí)語