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

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。
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。
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。
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。
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。
残りのブロックを、下図のように接続します。
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。

パラメーター値単位
[Geometry] 、 [Dimensions] [L W H] cm
[Inertia] 、 [Density] rho kg/m^3
[Graphic] 、 [Visual Properties] 、 [Color] rgb 該当なし
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 Transform1 Rigid Transform 単位
[Translation] 、 [Method] Standard Axis Standard Axis 該当なし
[Translation] 、 [Axis] -X +X 該当なし
[Translation] 、 [Offset] L/2 L/2 cm

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

パラメーター	Rigid Transform1	Rigid Transform	単位
[Translation] 、 [Method]	`Standard Axis`	`Standard Axis`	該当なし
[Translation] 、 [Axis]	`-X`	`+X`	該当なし
[Translation] 、 [Offset]	`L/2`	`L/2`	`cm`

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。

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。
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。
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。
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。
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。
[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
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。

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

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`

パラメーター	値
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。