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単純なリンクのモデル化

機械的リンクは、リンク機構、メカニズムおよび機械における一般的な基本ブロックです。この例では、Simscape™ Multibody™ を使用して単純な機械的リンクをモデル化する方法を学習します。単純化のため、モデルでは、リンクが直方体の形状と 2 つの末端座標系をもつと仮定しています。

モデルの作成

  1. MATLAB® コマンド ラインで「smnew」と入力します。よく使用されるブロックを含む Simscape Multibody モデル テンプレートが開きます。

  2. Simulink-PS Converter ブロック、PS-Simulink Converter ブロック、および Scope ブロックは、この例では使用しないため、削除します。

  3. Rigid Transform ブロックと Brick Solid ブロックの名前を表示します。ブロックを右クリックして、[書式設定][ブロック名を表示][オン] を選択します。

  4. Rigid Transform ブロックを複製し、2 つ目の末端座標系をリンクに追加します。

  5. Rigid Transform1 ブロックを反転して、2 つの Rigid Transform ブロックの [B] 端子を互いに、また Brick Solid ブロックに接続できるようにします。

  6. 残りのブロックを、下図のように接続します。

  7. Brick Solid のダイアログ ボックスで、以下のパラメーターを指定します。これらのパラメーターは、単純なリンクの物理特性 (形状、質量、外観など) を定義します。

    パラメーター単位
    [Geometry][Dimensions][L W H]cm
    [Inertia][Density]rhokg/m^3
    [Graphic][Visual Properties][Color]rgb該当なし

  8. Rigid Transform ブロックで、以下のパラメーターを指定します。これらのパラメーターは、単純なリンク上の 2 つの末端座標系の場所を指定します。パラメーターを入力後、Brick Solid ブロックと Rigid Transform ブロックは赤で強調表示されます。これは、変数をまだ定義していないからです。この問題は、パラメーターにすべての数値を入力した後に解決されます。これについては次の節で説明します。

    パラメーターRigid Transform1Rigid Transform単位
    [Translation][Method]Standard AxisStandard Axis該当なし
    [Translation][Axis]-X+X該当なし
    [Translation][Offset]L/2L/2cm

サブシステムの生成

単純なリンク モデルなど、複数の単純なモデルを使用して複雑なマルチボディ システムを作成することができます。これらの単純なモデルの物理パラメーターは通常、さまざまな設計要件に合わせて調整する必要があります。パラメーター調整プロセスを簡略化するために、これら単純なモデルの Subsystem ブロックを作成することができます。Subsystem ブロックを使用すると、Subsystem ブロックのダイアログ ボックスという単一の場所で、多数のパラメーターを更新できます。この節では、単純なリンク モデルの Subsystem ブロックを作成する方法を学習します。

  1. Shift キーを押したまま各ブロックをクリックすることにより、Brick Solid ブロックと 2 つの Rigid Transform ブロックを選択します。

  2. 選択したブロックの 1 つを右クリックして [選択からサブシステムを作成] を選択します。Simulink® により、Brick Solid ブロックと Rigid Transform ブロックを含む新しい Subsystem ブロックが追加されます。

  3. Subsystem ボックスをダブルクリックします。新しいタブに、Subsystem ブロックの子ブロックが表示されます。Conn1 をダブルクリックして [親サブシステムの端子の位置] を左に設定します。[OK] をクリックして変更を適用し、[サブシステム] タブの横にある上向き矢印をクリックして親モデルに戻ります。

  4. 図に示すように、Subsystem ブロックのサイズと場所を調整します。

  5. Subsystem ブロックを右クリックし、[マスク][マスクの作成] を選択します。[マスク エディター] ウィンドウが開きます。ここで、Brick Solid ブロックと Rigid Transform ブロックのダイアログ ボックスで入力した MATLAB 変数を定義できます。

  6. [パラメーターとダイアログ] タブをクリックし、[エディット] を 5 回クリックして、5 つの [エディット] フィールドを作成します。[エディット] フィールドで以下のパラメーターを指定し、[OK] をクリックします。[プロンプト] プロパティは、Subsystem ブロックのパラメーター ウィンドウに入力可能なパラメーターの名前を指定します。[名前] プロパティは、対応する MATLAB 変数を指定します。

    プロンプト名前
    Length (cm)L
    Width (cm)W
    Thickness (cm)H
    Density (kg/m^3)rho
    Color [R G B]rgb

  7. Subsystem ブロックをダブルクリックします。Subsystem の [ブロック パラメーター] ウィンドウに以下の数値を入力し、[OK] をクリックします。これらの値は、Brick Solid の形状と、Rigid Transform ブロックの場所を指定します。

    パラメーター
    Length (cm)20
    Width (cm)1
    Thickness (cm)1
    Density (kg/m^3)2700
    Color [R G B][0.25 0.40 0.70]

モデルの可視化

モデルを実行します。Mechanics Explorer が開き、単純なリンクのモデルの正面図が表示されます。モデルの 3D 表示を確認するには、等角投影ビュー ボタン をクリックします。モデル内の座標系を表示するには、Mechanics Explorer のタブで、Mechanics Explorer メニュー バーの [View][Show Frames] を選択します。

カスタム ブロックの保存

この Subsystem ブロックを他の例 (単純な振子のモデル化の例など) で再利用するために、名前を Simple Link に変更してカスタム ブロックとして保存することができます。詳細については、カスタム ブロックの設計と作成を参照してください。

Simple Link カスタム ブロック