第七講機構(gòu)系統(tǒng)仿真

1、第七講 機構(gòu)系統(tǒng)仿真6.6.1 物理建模與機構(gòu)系統(tǒng)仿真6.6.2 simmechanics 仿真簡介6.6.3 機構(gòu)仿真系統(tǒng)舉例 6.6.1 物理建模與機構(gòu)系統(tǒng)仿真 Mathwork公司與2001年10月推出了機構(gòu)系統(tǒng)模塊集（SimMechanics Blockset），借助于MATLAB/SIMULINK及其虛擬現(xiàn)實工具箱，允許用戶對機構(gòu)系統(tǒng)進行仿真，這標明MATLAB系列產(chǎn)品在物理建模領(lǐng)域前進了一大步。 SimMechanics利用牛頓動力學和轉(zhuǎn)矩等概念，可以對各種運動副連接的剛體進行建模與仿真，實現(xiàn)對機構(gòu)系統(tǒng)進行分析與設(shè)計的目的。提供的功能：實現(xiàn)三維系統(tǒng)的平移和轉(zhuǎn)動運動，可求解帶有靜力學

2、約束、坐標系變換等在內(nèi)的機構(gòu)系統(tǒng)運動問題，同時還可利用虛擬現(xiàn)實工具箱提供的功能顯示機構(gòu)系統(tǒng)運動的動畫示意。 6.6.2 simmechanics 仿真簡介 SimMechanics可以在simulink下直接使用的模塊集，可以將表示各種機構(gòu)的模塊在普通simulink窗口中繪制出來，并通過它自己提供的檢測與驅(qū)動模塊和普通simulink模塊連接起來，獲得整個系統(tǒng)的仿真結(jié)果。SimMechanics必須在MATLAB 61及以上版本的支持下運行，其動畫顯示還需要虛擬現(xiàn)實工具箱的支持。 打開SimMechanics的方法： （1）simulink瀏覽庫 （2）命令窗口中輸入mechlib命令 組成

3、： 剛體模塊（Bodies） 約束與驅(qū)動（constraints &Drivers） 輔助工具模塊（Utilites） 運動副模塊（jionts） 檢測與驅(qū)動模塊（sensors &Actuators）（1）剛體子模塊組（Bodies）組成：機架（Ground）和剛體（Body）其中剛體的連接端有兩個（B，F(xiàn)），在機構(gòu)中B端為主動端，F(xiàn)為從動端。使用時應根據(jù)具體情況設(shè)置剛體質(zhì)量、位置、方向和坐標系等一系列參數(shù)。（2）約束與驅(qū)動（constraints &Drivers）提供功能：靜力學模塊和各種傳動模塊。如：齒輪約束（Gear constraint）、平行約束（Parr

4、allel constraint ）和曲線約束（Pointcurve constraint ）（3）輔助工具模塊（Utilites）作用：允許在其它模塊中添加節(jié)點，或?qū)⑿畔⑥D(zhuǎn)換成虛擬現(xiàn)實工具箱用的數(shù)據(jù)。（4）運動副模塊組（jionts）作用：提供各種運動副的圖標，可以用這些運動副來連接剛體，構(gòu)造所需的機構(gòu)。功能：提供單自由度的轉(zhuǎn)動副（Revolute）、單自由度移動副（Prismatic）、球面副（Spherical有三個自由度）、平面副（Planar）、萬向軸節(jié)（Universal）、圓柱副（Cylinder）、螺旋副（Screw）及六自由度（sixDOF）等（5）檢測與驅(qū)動模塊（senso

5、rs &Actuators）用以檢測剛體的線速度、角速度、位置和加速度等信息。將其輸出端連接到示波器上顯示出來。驅(qū)動模塊用來給機構(gòu)添加simulink輸入量。6.6.3 機構(gòu)系統(tǒng)仿真舉例例：如圖所示的平面四連桿機構(gòu)的運動簡圖，其幾何尺寸如圖所示，建立機構(gòu)的系統(tǒng)仿真模型并給出C點的仿真結(jié)果。從圖示給定參數(shù)可得:LAB=10cmLBC=14.14cmLCD=28.28cmLAD=30cm 2、建立仿真模塊系統(tǒng)BFRevolute DBFRevolute CBFRevolute BBFRevolute AGround DGroundCS1CS2Body BCCS1CS2Body CDCS1C

6、S2Body AB 仿真參數(shù)設(shè)定 （1）對轉(zhuǎn)動副A、C進行參數(shù)設(shè)置Jiont sensor檢測模塊進行設(shè)置 修改模型如圖所示StepScopeBFRevolute DBFRevolute CBFRevolute BBFRevolute AJoint SensorJoint ActuatorGround DGroundCS1CS2Body BCCS1CS2Body CDCS1CS2Body AB四桿機構(gòu)中機架坐標系的設(shè)定Ground（機架）坐標的設(shè)定Ground1（機架）坐標的設(shè)定四桿機構(gòu)中剛體參數(shù)的設(shè)定（1）連桿長度確定gVmLAB=10cm LBC=14.14cmLCD=28.28cm LAD=30cm（2）剛體質(zhì)量和慣性矩的確定對于圓截面桿來說，連桿的慣性矩為：12/12/2/222mLmLmrT（3）剛體AB桿參數(shù)設(shè)定（3）剛體BC桿參數(shù)設(shè)定（4）CD桿參數(shù)設(shè)定環(huán)境影響StepScopeBFRevolute DBFRevolute CBFRevolute BBFRevolute AEnvMachineEnvironmentJoint Sensor1Joint SensorJoint ActuatorGround 1GroundCS1CS2Body