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件模塊，可以設定質量和轉動慣量。通過節(jié)點聯接各個構件來表示可能的相對運動， 還可以在適當的地方添加運動約束、 驅動力。運行 matlab，點擊進入 simulink 界面，在 simulink 庫中點擊 simscape 前點加號，在點擊 SimMechanics 前的加號，就可以進入 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 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）、機架（Ground）機械環(huán)境（ Machine Enviroment）和共享機械環(huán)境（ Shared Enviroment）。如圖 2圖 2所示。機械環(huán)境（ Machine Enviro

3、nment）是為仿真定義環(huán)境變量。雙擊此模塊，打開模塊參數設計窗口，如圖 3 所示，可以設定重力、維數、分析模式、約束求解器、誤差、線性化和可視化 等。共享環(huán)境聯接兩個剛體模塊使他們享有相同的機械環(huán)境。機架只有一個連接端， 另外一個固定。 一個機械系統(tǒng)一般都要設定他的機械環(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，彈出模塊參數設計窗口， 如圖 4 所示，可以在此窗口中定義質量、 慣性矩、坐標原點、剛體的初始位置和角度等參數。圖 4其它兩個模塊的參數同樣可以這樣設定。約束與驅動模塊組（ 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 ：設定兩個剛體坐標間的角度。Distance Driver：設定兩個坐標原點的距離。Gear Constraint：齒輪約束。Linear Driver ：確定兩個剛體坐標間的向量差。Parallel Constrant：平行約束。Point-Constraint：曲線約束。Velocity Driver ：確定兩個剛體坐標間的相對線速度和角速度。利用此模塊可以事先設定定機構間約束， 這些約束可以時間無關的限制或與Simulink 信號時間相關的自由度。這里介紹一下齒輪約束；雙擊，彈出參數設置窗口， 可以在此窗口中設置傳感器個數

5、和齒輪的節(jié)圓半徑。如圖 5 所示，傳感器個數為 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)建機構間的力或扭矩。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動鉸建立一個線性阻尼振蕩力或力矩。雙擊模塊，彈出參數設置窗口，可以在窗口中設置彈簧阻尼模塊的參數（彈性系數、阻尼系數、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）和轉動副接口（ Revolute-Rotational Interface）兩個模塊。運動鉸子模塊（ Joints）運動鉸子模塊提供了各種運動鉸鏈，利用這些運動鉸就可以將剛體構件連接起來，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 中對應的鉸，它們

7、有不同的基準點。 Massless Connectors 中的模塊是 Joint 中對應的鉸的組合。雙擊常用模塊，彈出參數設置窗口，可以在此窗口中設置傳感器的數量及其坐標等參數，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 模塊進行數據交換。Body Actuator：通過廣義力或力矩來驅動剛體。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：在一個坐標系中，剛體的質量隨時間變化。圖 9在模型中雙擊 模塊，會彈出圖設置激勵的方式和個參數的單位。9 所示窗口。可以在此窗口中圖 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 的旋轉矩陣轉換成等價的VRML （虛擬現實語