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Prismatic Joint

1 つの直進プリミティブをもつジョイント

ライブラリ

ジョイント

  • Prismatic Joint block

説明

このブロックは、並進自由度 1 のジョイントを表します。1 つの直進プリミティブで並進自由度が与えられます。base 座標系と follower 座標系はシミュレーション中に平行を維持します。

ジョイントの自由度

このジョイント ブロックは、base 座標系と follower 座標系の間の運動を単位の時変変換として表します。この変換は Z 直進プリミティブ (Pz) で適用されるため、follower 座標系を base 座標系を基準に共通の Z 軸に沿って並進させます。

ジョイント変換

オプションの状態ターゲットのセットは、各ジョイント プリミティブのアセンブリでガイドとして機能します。ターゲットには位置と速度があります。優先順位レベルは状態ターゲットの相対的重要度を設定します。2 つのターゲットが矛盾する場合、優先順位レベルに基づいてどちらのターゲットを満たすかが決まります。

内部の仕組みのパラメーターは、各ジョイント プリミティブにおけるエネルギーの蓄積と散逸を考慮します。バネはエネルギーの蓄積要素として機能し、ジョイント プリミティブを平衡位置から変位させようとする動きに抵抗します。ジョイント ダンパーはエネルギーの散逸要素として機能します。バネとダンパーは厳密に線形です。

ジョイント制限は、親ねじプリミティブと等速プリミティブを除くすべてのプリミティブにおいて、座標系間の運動の範囲を制限する役割を果たします。ジョイント プリミティブには、下限、上限、またはその両方を指定でき、既定の状態ではどちらもなしになります。限度を適用するために、ジョイントにはそれぞれバネ-ダンパーが付加されます。バネの剛性が高いほど、振動が生じた場合の停止 (跳ね返り) がハードになります。ダンパーが強いほど、接触による振動を徐々に弱める粘性損失が大きくなり、減衰過剰のプリミティブでは振動が完全に消滅します。

各ジョイント プリミティブには、一連のオプションの作動端子と検出端子があります。作動端子は、ジョイント プリミティブを駆動する物理量信号入力を受け入れます。これらの入力は、力とトルクの場合とジョイントの目標とする軌跡の場合があります。検出端子は、ジョイント プリミティブの運動や作動力および作動トルクを測定する物理量信号出力を提供します。作動モードと検出のタイプはジョイント プリミティブによって異なります。

パラメーター

Prismatic Primitive: State Targets

直進プリミティブの状態ターゲットとその優先順位レベルを指定します。状態ターゲットは、ジョイントの位置と速度のいずれかの状態パラメーターの目標値です。優先順位レベルは、状態ターゲットの相対的重要度です。ターゲットをどの程度正確に満たす必要があるかを決定します。ジョイントの各状態ターゲットのアセンブリ ステータスをチェックするには、Mechanics Explorer の Model Report ツールを使用します。

Specify Position Target

このオプションは、時間ゼロにおけるジョイント プリミティブの目標位置を指定する場合に選択します。これは、ジョイント プリミティブの軸に沿って測定される、base 座標系の原点に対する follower 座標系の原点の相対位置です。指定したターゲットは base 座標系で解決されます。このオプションを選択すると、優先順位と値のフィールドが表示されます。

Specify Velocity Target

このオプションは、時間ゼロにおけるジョイント プリミティブの目標速度を指定する場合に選択します。これは、ジョイント プリミティブの軸に沿って測定される、base 座標系の原点に対する follower 座標系の原点の相対速度です。base 座標系で解決されます。このオプションを選択すると、優先順位と値のフィールドが表示されます。

優先

状態ターゲットの優先順位を選択します。これは、状態ターゲットに割り当てられる重要度レベルです。すべての状態ターゲットを同時に満たすことができない場合、優先順位レベルに基づいて、どのターゲットを先に満たすか、およびそれらをどの程度正確に満たすかが決まります。このオプションは、位置と速度の両方の状態ターゲットに適用されます。

優先順位レベル説明
High (desired)状態ターゲットを正確に満たす
Low (approximate)状態ターゲットをおおむね満たす

メモ

組み立ての際、優先順位の高いターゲットは正確なガイドとして動作します。優先順位の低いターゲットはおおまかなガイドとして動作します。

Value

状態ターゲットの数値を入力します。既定値は 0 です。物理単位を選択または入力します。既定値は、位置については [m]、速度については [m/s] です。

Prismatic Primitive: Internal Mechanics

直進プリミティブの内部の仕組みを指定します。内部の仕組みには、エネルギーの蓄積を考慮する線形バネ力とエネルギーの散逸を考慮する減衰力があります。内部の仕組みは、バネの剛性と減衰係数の値を 0 のままにすると無視できます。

Equilibrium Position

バネの平衡位置を入力します。これは、バネの力がゼロになる base 座標系と follower 座標系の原点間の距離です。既定値は 0 です。物理単位を選択または入力します。既定値は [m] です。

Spring Stiffness

線形バネ定数を入力します。これは、ジョイント プリミティブを単位距離だけ変位させるのに必要な力です。既定値は 0 です。物理単位を選択または入力します。既定値は [N/m] です。

Damping Coefficient

線形減衰係数を入力します。これは、base 座標系と follower 座標系の間でジョイント プリミティブの速度を一定に保つのに必要な力です。既定値は 0 です。物理単位を選択または入力します。既定値は [N/(m/s)] です。

Prismatic Primitive: Limits

ジョイント プリミティブの運動の範囲を制限します。ジョイント制限では、バネ-ダンパーを使用して、範囲の限度を超える動きに抵抗します。ジョイント プリミティブには、下限、上限、またはその両方を指定でき、既定の状態ではどちらもなしになります。バネの剛性が高いほど、振動が生じた場合の停止 (跳ね返り) がハードになります。ダンパーが強いほど、接触による振動を徐々に弱める粘性損失が大きくなり、減衰過剰のプリミティブでは振動が完全に消滅します。

Specify Lower Limit

ジョイント プリミティブの運動の範囲に下限を追加する場合に選択します。

Specify Upper Limit

ジョイント プリミティブの運動の範囲に上限を追加する場合に選択します。

Value

ジョイントの動きが超えないように抵抗する位置。これは、接触が始まる位置を示す、base 座標系で測定される base から follower へのオフセットです。直進プリミティブの場合は軸に沿った距離、回転プリミティブの場合は軸を中心とする角度、球面プリミティブの場合は 2 つの軸間の角度になります。

Spring Stiffness

ジョイント制限を超える変位に対する接触バネの抵抗。バネは線形であり、その剛性は一定です。値が大きいほど、停止がハードになります。バネとダンパーの力の比率により、接触時に停止が不足減衰となって振動しやすくなるかどうかが決まります。

Damping Coefficient

ジョイント制限を超える運動に対する接触ダンパーの抵抗。ダンパーは線形であり、その係数は一定です。値が大きいほど、接触による振動が発生した場合に徐々に弱める粘性損失が大きくなります。バネとダンパーの力の比率により、接触時に停止が不足減衰となって振動しやすくなるかどうかが決まります。

Transition Region

バネ-ダンパーの力が最大になるまでの領域。領域は、直進プリミティブの場合は軸に沿った距離、回転プリミティブの場合は軸を中心とする角度、球面プリミティブの場合は 2 つの軸間の角度になります。

領域が小さいほど、接触の発生がシャープになり、ソルバーの必要なタイムステップが小さくなります。シミュレーション精度とシミュレーション速度の間にはトレードオフがあり、遷移領域を小さくすると精度が向上し、大きくすると速度が向上します。

Prismatic Primitive: Actuation

直進ジョイント プリミティブの作動オプションを指定します。作動モードには [Force][Motion] があります。作動モードのドロップダウン リストから [Provided by Input] を選択すると、対応する物理量信号端子がブロックに追加されます。この端子を使用して入力信号を指定します。作動信号は base 座標系で解決されます。

Force

作動力の設定を選択します。既定の設定は [None] です。

作動力の設定説明
None作動力なし。
Provided by Input物理量信号入力からの作動力。信号により、ジョイント プリミティブの軸に沿った、base 座標系を基準とする follower 座標系に作用する力が与えられます。大きさの等しい逆向きの力が base 座標系に作用します。
Automatically computed自動計算からの作動力。Simscape™ Multibody™ により、作動力がモデルのダイナミクスに基づいて計算されて適用されます。
Motion

作動運動の設定を選択します。既定の設定は [Automatically Computed] です。

作動運動の設定説明
Provided by Input物理量信号入力からのジョイント プリミティブの運動。信号により、ジョイント プリミティブの軸に沿った、base 座標系を基準とする follower 座標系の目的の軌跡が与えられます。
Automatically computed自動計算からのジョイント プリミティブの運動。Simscape Multibody により、ジョイント プリミティブの運動がモデルのダイナミクスに基づいて計算されて適用されます。

Prismatic Primitive: Sensing

直進ジョイント プリミティブで検出する変数を選択します。変数を選択すると、測定された量を時間の関数として出力する物理量信号端子が表示されます。測定されるのは、それぞれ base 座標系を基準とする follower 座標系の量です。base 座標系で解決されます。これらの測定信号は解析に使用できるほか、制御システムで入力として使用できます。

Position

このオプションは、ジョイント プリミティブの軸に沿った、base 座標系の原点に対する follower 座標系の原点の相対位置を検出する場合に選択します。

Velocity

このオプションは、ジョイント プリミティブの軸に沿った、base 座標系の原点に対する follower 座標系の原点の相対速度を検出する場合に選択します。

Acceleration

このオプションは、ジョイント プリミティブの軸に沿った、base 座標系の原点に対する follower 座標系の原点の相対加速度を検出する場合に選択します。

Actuator Force

このオプションは、ジョイント プリミティブの軸に沿った、base 座標系を基準とする follower 座標系に作用する作動力を検出する場合に選択します。

Mode Configuration

ジョイントのモードを指定します。ジョイント モードは、シミュレーション全体を通じてノーマルまたは解放にできるほか、シミュレーション時に入力信号を与えてモードを変更することもできます。

Mode

次のいずれかのオプションを選択してジョイントのモードを指定します。既定の設定は [Normal] です。

方法説明
Normalシミュレーション全体を通じてジョイントが通常の動作になります。
Disengagedシミュレーション全体を通じてジョイントが解放されます。
Provided by Inputこのオプションを選択すると、シミュレーション時に入力信号を接続してジョイント モードを変更できる [mode] 端子が表示されます。ジョイント モードは、入力信号が 0 の場合はノーマル、入力信号が -1 の場合は解放になります。ジョイント モードはシミュレーション中に何度でも変更できます。

Composite Force/Torque Sensing

検出する複合力と複合トルクを選択します。これらの測定はすべてのジョイント プリミティブを含み、いずれかに固有のものでありません。拘束と合計の 2 種類があります。

拘束の測定では、ジョイントのロックされた軸での運動に対する抵抗が与えられます。たとえば、xy 平面での並進を禁止する直進ジョイントでは、その抵抗で x 方向と y 方向のすべての摂動のバランスが調整されます。合計の測定では、作動入力、内部のバネとダンパー、ジョイントの位置の制限、および運動学的拘束に起因する、ジョイントの自由度を制限するすべての力とトルクの合計が与えられます。

Direction

base 座標系と follower 座標系の間の作用と反作用のペアから検出するベクトル。このペアは、ニュートンの運動の第三法則に従って生じるものです。ジョイント ブロックの場合、follower 座標系に対する力またはトルクは、base 座標系に対する大きさの等しい逆向きの力またはトルクを伴います。それらについて、base 座標系が follower 座標系に及ぼすものと、follower 座標系が base 座標系に及ぼすもののどちらを検出するかを示します。

Resolution Frame

測定のベクトル成分を解決する座標系。座標系の方向が異なれば、同じ測定に対して異なるベクトル成分が与えられます。それらの成分を base 座標系の軸と follower 座標系の軸のどちらから取得するかを示します。この選択は、回転自由度をもつジョイントでのみ重要になります。

Constraint Force

測定する動的変数。拘束力は、ジョイントのロックされた軸での並進に対する抵抗です。そのプリミティブの自由軸では並進が許可されます。選択すると、端子 [fc] を通じて拘束力ベクトルが出力されます。

Constraint Torque

測定する動的変数。拘束トルクは、ジョイントのロックされた軸での回転に対する抵抗です。そのプリミティブの自由軸では回転が許可されます。選択すると、端子 [tc] を通じて拘束トルク ベクトルが出力されます。

Total Force

測定する動的変数。合計力は、すべてのジョイント プリミティブにおけるすべてのソースについての合計です。ソースには、作動入力、内部のバネとダンパー、ジョイントの位置の制限、および運動学的拘束が含まれます。選択すると、端子 [ft] を通じて合計力ベクトルが出力されます。

Total Torque

測定する動的変数。合計トルクは、すべてのジョイント プリミティブにおけるすべてのソースについての合計です。ソースには、作動入力、内部のバネとダンパー、ジョイントの位置の制限、および運動学的拘束が含まれます。選択すると、端子 [tt] を通じて合計トルク ベクトルが出力されます。

端子

このブロックには、2 つの座標系端子があります。また、オプションの物理量信号端子として、作動入力を指定する端子、および力、トルク、運動などの力学的変数を検出する端子があります。オプションの端子は、その端子に対応する検出のチェック ボックスをオンにすると表示されます。

座標系端子

  • B — base 座標系

  • F — follower 座標系

作動端子

直進ジョイント プリミティブには、次の作動端子があります。

  • f — Z 直進ジョイント プリミティブに作用する作動力

  • p — Z 直進ジョイント プリミティブの目的の軌跡

検出端子

直進ジョイント プリミティブには、次の検出端子があります。

  • p — Z 直進ジョイント プリミティブの位置

  • v — Z 直進ジョイント プリミティブの速度

  • a — Z 直進ジョイント プリミティブの加速度

  • f — Z 直進ジョイント プリミティブに作用する作動力

  • fll — Z 直進ジョイント プリミティブの下限をもつ接触による力

  • ful — Z 直進ジョイント プリミティブの上限をもつ接触による力

次の検出端子は、ジョイントに作用する複合力と複合トルクを提供します。

  • fc — 拘束力

  • tc — 拘束トルク

  • ft — 合計力

  • tt — 合計トルク

モード端子

モードの構成には、次の端子があります。

  • mode — ジョイントのモードの値。入力が 0 に等しい場合、ジョイントは通常の動作になります。入力が -1 に等しい場合、ジョイントは解放として動作します。

拡張機能

C/C++ コード生成
Simulink® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

R2012a で導入