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単純なリンクのモデル化

チュートリアルの概要

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。単純な振子は、1 つのリンクをもつ例です。このチュートリアルでは、2 つの末端座標系をもつ単純なリンクをモデル化します。この座標系は、後でジョイントに接続できます。Rigid Transform ブロックが末端座標系を提供し、Solid ブロックがジオメトリ、慣性および色を提供します。単純化のため、このモデルではリンクの形状を直方体と仮定しています。

モデルの作成

  1. MATLAB® コマンド ラインで「smnew」と入力します。Simscape™ Multibody™ ブロック ライブラリと、よく使われるブロックを含むモデル テンプレートが開きます。

  2. Rigid Transform ブロックのコピーを作成し、モデルに貼り付けます。Rigid Transform ブロックを使用すると、マルチボディの組み立てに際してジョイントの接続先にできる、新しい座標系を作成できます。

  3. Simulink-PS Converter ブロック、PS-Simulink Converter ブロックおよび Scope ブロックを削除します。このチュートリアルでは、これらのブロックは必要ありません。

  4. 残りのブロックを次の図のように接続します。Rigid Transform ブロックの base 座標系端子 (B) が、どちらも Brick Solid ブロックの座標系端子の方を必ず向くようにしてください。それぞれの Rigid Transform ブロックでは base 座標系との関係で空間変換が適用されるため、端子の接続を切り替えると、通常は 2 つの座標系の空間関係も変化します。

  5. Brick Solid ブロックのダイアログ ボックスで、以下のパラメーターを指定します。後で、ここに示す MATLAB 変数を、Solid ブロックと Rigid Transform ブロックを含む Subsystem ブロックを使用して定義します。このアプローチにはさまざまな利点がありますが、その 1 つは、複数のブロックで使用されている変数を単一の場所、つまり Subsystem ブロックのダイアログ ボックスで更新できることです。

    パラメーター単位
    [Geometry][Dimensions][L W H]cm に変更
    [Inertia][Density]rho既定の単位
    [Graphic][Visual Properties][Color]rgb該当なし

  6. Rigid Transform ブロックと Rigid Transform1 ブロックのダイアログ 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、Solid 端子の基準座標系に対し、リンクの両端に位置する Rigid Transform ブロックのベース端子座標系と follower 端子座標系間のオフセットを符号化します。

    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 に変更

サブシステムの生成

  1. Brick Solid ブロックと 2 つの Rigid Transform ブロックを選択します。

  2. 強調表示された領域を右クリックして、[選択からサブシステムを作成] を選択します。Simulink® によって、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。チュートリアルの最後では、これが単純なリンク ボディを表すカスタム ブロックになります。

  3. 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 エディターが開き、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 変数の数値を指定できます。

  4. [マスク エディター] ウィンドウの [パラメーターとダイアログ] タブで、[パラメーター] フォルダーに編集フィールド を 5 つ追加します。このフォルダーは [ダイアログ ボックス] ペインにあります。編集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] は、Subsystem ブロックのダイアログ ボックスの各パラメーターに適切なテキストです。[名前] は、Subsystem ブロックの各パラメーターに関連付けられた MATLAB 変数です。

    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

  5. Subsystem ブロックのダイアログ ボックスをダブルクリックし、以下の数値を入力します。これらは、Solid ブロックと Rigid Transform ブロックのダイアログ ボックスに入力された MATLAB 変数の値です。

    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

ブロック線図を更新します。[モデル化] タブで、[モデルの更新] をクリックします。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。Mechanics Explorer のツールストリップで [Isometric View] ボタン を選択して、以下に示す 3 次元表示を得ます。モデルに存在する座標系を、Rigid Transform ブロックを使用して作成した座標系を含めて表示するには、Mechanics Explorer のメニュー バーで [View][Show Frames] を選択します。

カスタム ブロックの保存

Subsystem ブロックの名前を Simple Link に変更し、カスタム ブロック ライブラリに保存します。このブロックは、チュートリアル単純な振子のモデル化で再利用します。

Simple Link カスタム ブロック