Revolute Joint
1 つの回転プリミティブをもつジョイント
ライブラリ:
Simscape /
Multibody /
Joints
説明
Revolute Joint ブロックは、1 つの回転自由度をもつジョイントをモデル化したものです。
ジョイントの base 座標系と follower 座標系に接続された 2 つの任意の座標系の動きは、共通の軸を中心とする純粋な回転に拘束されます。回転の軸はジョイントの base 座標系の "z" 軸と揃います。図に示すように、base 座標系と follower 座標系の原点と "z" 軸は共通であり、follower 座標系が "z" 軸を中心に回転します。
ジョイント プリミティブの初期状態のターゲットを指定するには、[State Targets] の下にあるパラメーターを使用します。ターゲットは base 座標系で指定されます。ターゲットの優先順位レベルも設定できます。ジョイントがすべての状態ターゲットを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。例については、マルチボディの組み立ての仕組みの「アセンブリのガイド」セクションを参照してください。
ジョイント プリミティブの減衰とバネの動作をモデル化するには、[Internal Mechanics] の下にあるパラメーターを使用します。エネルギーの散逸をモデル化するには [Damping Coefficient] パラメーターを使用し、エネルギーの蓄積をモデル化するには [Spring Stiffness] パラメーターを使用します。ジョイントのバネはジョイント プリミティブを平衡位置から変位させようとし、ジョイント ダンパーはエネルギー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 プリミティブの範囲を指定するには、[Limits] の下にあるパラメーターを使用します。下限と上限で自由領域の幅を定義します。このブロックは、ジョイントの位置がこの範囲を超えると、ジョイントの位置をこの自由領域に戻すよう加速する力を適用します。このブロックは、平滑化されたバネ-ダンパー手法を使用してその力を計算します。平滑化されたバネ-ダンパー手法の詳細については、Spatial Contact Force ブロックのDescriptionセクションを参照してください。
シミュレーション中のジョイント プリミティブの運動は、[Actuation] セクションの [Force] パラメーター、[Torque] パラメーター、および [Motion] パラメーターによって制御されます。詳細については、ジョイントの作動入力の指定を参照してください。さらに、ジョイント ブロックには位置、速度、加速度、力、トルクなどの検出データを出力する端子があり、これを使用してモデルに対する解析タスクを実行できます。詳細については、検出と力とトルクの検出を参照してください。
ジョイント モード構成を指定するには、[Mode] パラメーターを使用します。詳細については、[Ports] セクションと [Parameters] セクションの [Mode Configuration] を参照してください。
例
Simulink と Simscape Multibody での単振子
この例では、Simulink® 入出力ブロックを使用してモデル化した単振子と、Simscape™ Multibody™ を使用してモデル化した単振子を説明します。ジョイントの初期角度は MATLAB® 変数によって定義されます。Integrator ブロック上の注釈は、ワールド座標系に対するジョイントの初期角度を示します。
端子
座標系
B — base 座標系
座標系
ジョイント ブロックの base 座標系。
F — follower 座標系
座標系
ジョイント ブロックの follower 座標系。
入力
t — 作動トルク
物理量信号
ジョイント プリミティブに対する作動トルクを受け入れる物理量信号入力端子。この信号はジョイント プリミティブの base 座標系と follower 座標系の両方に適用されるトルクの値を提供します。
依存関係
この端子を有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Actuation] で [Torque] を Provided by Input
に設定します。
q — 運動プロファイル
物理量信号
ジョイント プリミティブに対する運動プロファイルを受け入れる物理量信号入力端子。信号により、ジョイント プリミティブの軸を中心とした、base 座標系を基準とする follower 座標系の回転が与えられます。この信号には回転の 1 階微分および 2 階微分も含まれていなければならないことに注意してください。
依存関係
この端子を有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Actuation] で [Motion] を Provided by Input
に設定します。
mode — ジョイント モード制御
物理量信号
ジョイントのモードを制御する入力端子。信号は単位なしのスカラーでなければなりません。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、入力信号が 1
の場合はロックになります。モードはシミュレーション中にいつでも変更できます。
次の表は、モード間の遷移時にジョイントの位置と速度がどのように変化するかを示しています。
遷移 | 位置 | 速度 |
---|---|---|
ノーマルからロック | ジョイントの位置は現在の値のまま維持され、遷移後に一定に保たれます。 | ジョイントの速度はゼロになり、遷移後に一定に保たれます。 |
ノーマルから解放 | ジョイントの位置は現在の値のまま維持されますが、遷移後に任意の方向に変化する可能性があります。 | ジョイントの速度は現在の値のまま維持されますが、遷移後に任意の方向に変化する可能性があります。 |
ロックからノーマル | ジョイントの位置は現在の値のまま維持されますが、遷移後にジョイントの自由度 (DOF) と一致する方向に変化する可能性があります。 | ジョイントの速度はゼロのまま維持されますが、遷移後にジョイントの DOF と一致する方向に変化する可能性があります。 |
ロックから解放 | ジョイントの位置は現在の値のまま維持されますが、遷移後に任意の方向に変化する可能性があります。 | ジョイントの速度はゼロのまま維持されますが、遷移後に任意の方向に変化する可能性があります。 |
解放からノーマル | ジョイントの DOF と一致する方向の場合、ジョイントの位置は最初はニュートン法を使用して計算された値をとり、その後変化する可能性があります。拘束方向では、ジョイントの位置はゼロになり、遷移後に一定に保たれます。 | ジョイントの DOF と一致する方向の場合、ジョイントの速度は最初はニュートン法を使用して計算された値をとり、その後変化する可能性があります。拘束方向では、ジョイントの速度はゼロになり、遷移後に一定に保たれます。 |
解放からロック | ジョイントの DOF と一致する方向の場合、ジョイントの位置は最初はニュートン法を使用して計算された値をとり、遷移後に一定に保たれます。拘束方向では、ジョイントの位置はゼロになり、遷移後に一定に保たれます。 | ジョイントの速度はゼロになり、遷移後に一定に保たれます。 |
依存関係
この端子を有効にするには、[Mode Configuration] で [Mode] を Provided by Input
に設定します。
出力
q — ジョイント プリミティブの位置
物理量信号
ジョイント プリミティブの位置を出力する物理量信号端子。この値は、base 座標系に対する follower 座標系の回転角度です。
依存関係
この端子を有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Sensing] で [Position] を選択します。
w — ジョイント プリミティブの位置の 1 階微分
物理量信号
ジョイント プリミティブの位置の 1 階微分を出力する物理量信号端子。
依存関係
この端子を有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Sensing] で [Velocity] を選択します。
b — ジョイント プリミティブの位置の 2 階微分
物理量信号
ジョイント プリミティブの位置の 2 階微分を出力する物理量信号端子。
依存関係
この端子を有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Sensing] で [Acceleration] を選択します。
t — ジョイント プリミティブに作用するアクチュエータのトルク
物理量信号
ジョイント プリミティブに作用するアクチュエータのトルクを出力する物理量信号端子。
依存関係
この端子を有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Sensing] で [Actuator Torque] を選択します。
tll — 下限のトルク
物理量信号
下限のトルクを出力する物理量信号端子。ジョイント プリミティブの位置が自由領域の下限を超えると、ブロックはこのトルクを適用します。このトルクはジョイント プリミティブの base 座標系と follower 座標系の両方に適用され、位置を加速させて自由領域に戻します。
依存関係
この端子を有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Sensing] で [Lower-Limit Torque] を選択します。
tul — 上限のトルク
物理量信号
上限のトルクを出力する物理量信号端子。ジョイント プリミティブの位置が自由領域の上限を超えると、ブロックはこのトルクを適用します。このトルクはジョイント プリミティブの base 座標系と follower 座標系の両方に適用され、位置を加速させて自由領域に戻します。
依存関係
この端子を有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Sensing] で [Upper-Limit Torque] を選択します。
fc — Constraint Force
物理量信号
ジョイントに作用する拘束力を出力する物理量信号端子。この力はジョイントの並進拘束を維持します。詳細については、ジョイントの拘束力の測定を参照してください。
依存関係
この端子を有効にするには、[Composite Force/Torque Sensing] で [Constraint Force] を選択します。
tc — Constraint torque
物理量信号
ジョイントに作用する拘束トルクを出力する物理量信号端子。このトルクはジョイントの回転拘束を維持します。詳細は、力とトルクの検出を参照してください。
依存関係
この端子を有効にするには、[Composite Force/Torque Sensing] で [Constraint Torque] を選択します。
ft — Total force
物理量信号
ジョイントに作用する合計力を出力する物理量信号端子。合計力は、一方の座標系からジョイントを通じて他方の座標系に伝達される力の和です。この力には、作動力、内力、制限力、拘束力が含まれます。詳細は、力とトルクの検出を参照してください。
依存関係
この端子を有効にするには、[Composite Force/Torque Sensing] で [Total Force] を選択します。
tt — Total torque
物理量信号
ジョイントに作用する合計トルクを出力する物理量信号端子。合計トルクは、一方の座標系からジョイントを通じて他方の座標系に伝達されるトルクの和です。このトルクには、作動トルク、内部トルク、制限トルク、拘束トルクが含まれます。詳細は、力とトルクの検出を参照してください。
依存関係
この端子を有効にするには、[Composite Force/Torque Sensing] で [Total Torque] を選択します。
パラメーター
Z Revolute Primitive (Rz)
[State Targets]、[Specify Position Target] — 位置ターゲットを指定するかどうか
off
(既定値) | on
ジョイント プリミティブの位置ターゲットを指定するパラメーターを有効にするには、このパラメーターを選択します。
[State Targets]、[Specify Position Target]、[Priority] — 位置ターゲットの優先順位レベル
High (desired)
(既定値) | Low (approximate)
位置ターゲットの優先順位レベル。[High (desired)]
または [Low (approximate)]
として指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [State Targets] で [Specify Position Target] を選択します。
[State Targets]、[Specify Position Target]、[Value] — 位置ターゲットの角度
0 deg
(既定値) | スカラーと角度の単位
位置ターゲットを指定する角度。スカラーとして角度の単位と共に指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [State Targets] で [Specify Position Target] を選択します。
[State Targets]、[Specify Velocity Target] — 速度ターゲットを指定するかどうか
off
(既定値) | on
ジョイント プリミティブの速度ターゲットを指定するパラメーターを有効にするには、このパラメーターを選択します。
[State Targets]、[Specify Velocity Target]、[Priority] — 速度ターゲットの優先順位レベル
High (desired)
(既定値) | Low (approximate)
速度ターゲットの優先順位レベル。[High (desired)]
または [Low (approximate)]
として指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [State Targets] で [Specify Velocity Target] を選択します。
[State Targets]、[Specify Velocity Target]、[Value] — ジョイント プリミティブの速度ターゲット
0 deg/s
(既定値) | スカラーと角速度の単位
ジョイント プリミティブの速度ターゲット。スカラーとして角速度の単位と共に指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [State Targets] で [Specify Velocity Target] を選択します。
[Internal Mechanics]、[Equilibrium Position] — 内部トルクがゼロになる位置
0 deg
(既定値) | スカラーと角度の単位
バネのトルクがゼロになる位置。スカラーとして角度の単位と共に指定します。この値は、base 座標系に対する follower 座標系の回転角度を指定します。
[Internal Mechanics]、[Spring Stiffness] — 力の法則の剛性
0 N*m/deg
(既定値) | スカラーと剛性の単位
ジョイント プリミティブの内部バネ-ダンパー力の法則の剛性。スカラーとして剛性の単位と共に指定します。
[Internal Mechanics]、[Damping Coefficient] — 力の法則の減衰係数
0 N*m/(deg/s)
(既定値) | スカラーと減衰係数の単位
ジョイント プリミティブの内部バネ-ダンパー力の法則の減衰係数。スカラーとして減衰係数の単位と共に指定します。
[Limits]、[Specify Lower Limit] — 位置の下限を指定するかどうか
off
(既定値) | on
ジョイント プリミティブの下限を指定するパラメーターを有効にするには、このパラメーターを選択します。
[Limits]、[Specify Lower Limit]、[Bound] — 自由領域の下限
-90 deg
(既定値) | スカラーと角度の単位
ジョイント プリミティブの自由領域の下限。スカラーとして角度の単位と共に指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Limits] で [Specify Lower Limit] を選択します。
[Limits]、[Specify Lower Limit]、[Spring Stiffness] — 下限でのバネの剛性
1e4 N*m/deg
(既定値) | スカラーと剛性の単位
下限でのバネの剛性。スカラーとして剛性の単位と共に指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Limits] で [Specify Lower Limit] を選択します。
[Limits]、[Specify Lower Limit]、[Damping Coefficient] — 下限での減衰係数
10 N*m/(deg/s)
(既定値) | スカラーと減衰係数の単位
下限での減衰係数。スカラーとして減衰係数の単位と共に指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Limits] で [Specify Lower Limit] を選択します。
[Limits]、[Specify Lower Limit]、[Transition Region Width] — バネとダンパーの力を平滑化する領域
0.1 deg
(既定値) | スカラーと角度の単位
バネとダンパーの力を平滑化する領域。スカラーとして角度の単位と共に指定します。
侵入が遷移領域の幅に達したときに力が最大になります。領域が小さいほど、力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。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Limits] で [Specify Lower Limit] を選択します。
[Limits]、[Specify Upper Limit] — 位置の上限を指定するかどうか
off
(既定値) | on
ジョイント プリミティブの上限を指定するパラメーターを有効にするには、このパラメーターを選択します。
[Limits]、[Specify Upper Limit]、[Bound] — 自由領域の上限
90 deg
(既定値) | スカラーと角度の単位
ジョイント プリミティブの自由領域の上限。スカラーとして角度の単位と共に指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Limits] で [Specify Upper Limit] を選択します。
[Limits]、[Specify Upper Limit]、[Spring Stiffness] — 上限でのバネの剛性
1e4 N*m/deg
(既定値) | スカラーと剛性の単位
上限でのバネの剛性。スカラーとして剛性の単位と共に指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Limits] で [Specify Upper Limit] を選択します。
[Limits]、[Specify Upper Limit]、[Damping Coefficient] — 上限での減衰係数
10 N*m/(deg/s)
(既定値) | スカラーと減衰係数の単位
上限での減衰係数。スカラーとして減衰係数の単位と共に指定します。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Limits] で [Specify Upper Limit] を選択します。
[Limits]、[Specify Upper Limit]、[Transition Region Width] — バネとダンパーの力を平滑化する領域
0.1 deg
(既定値) | スカラーと角度の単位
バネとダンパーの力を平滑化する領域。スカラーとして角度の単位と共に指定します。
侵入が遷移領域の幅に達したときに力が最大になります。領域が小さいほど、力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。
依存関係
このパラメーターを有効にするには、[Z Revolute Primitive (Rz)] 、 [Limits] で [Specify Upper Limit] を選択します。
[Actuation]、[Torque] — 作動トルクを提供するオプション
None
(既定値) | Provided by Input
| Automatically Computed
ジョイント プリミティブに作動トルクを提供するオプション。[None]
、[Provided by Input]
、または [Automatically Computed]
として指定します。
作動トルクの設定 | 説明 |
---|---|
None | 作動トルクなし。 |
Provided by Input | 入力端子 t が表示されます。 |
Automatically computed | 機構への運動入力を満たすのに必要なトルク。トルクはブロックによって自動的に計算されます。このパラメーターを [Automatically computed] に設定しても、同じジョイント プリミティブの [Motion] パラメーターに [Provided by Input] を使用しなければならないわけではないことに注意してください。自動的に計算されたトルクは、機構の別の場所の運動入力を満たすために使用することもできます。 |
[Actuation]、[Motion] — 作動運動を提供するオプション
Automatically Computed
(既定値) | Provided by Input
ジョイント プリミティブに作動運動を提供するオプション。[Automatically Computed]
または [Provided by Input]
として指定します。
作動トルクの設定 | 説明 |
---|---|
Automatically computed | このブロックは、モデルのダイナミクスに基づいてジョイント プリミティブの運動を計算し、適用します。 |
Provided by Input | 入力端子 q が表示されます。 |
[Sensing]、[Position] — ジョイント プリミティブの位置を検出するかどうか
オフ (既定値) | オン
出力端子 q を有効にするには、このパラメーターを選択します。
[Sensing]、[Velocity] — ジョイント プリミティブの速度を検出するかどうか
オフ (既定値) | オン
端子 w を有効にするには、このパラメーターを選択します。
[Sensing]、[Acceleration] — ジョイント プリミティブの加速度を検出するかどうか
オフ (既定値) | オン
端子 b を有効にするには、このパラメーターを選択します。
[Sensing]、[Lower-Limit Torque] — 下限のトルクを検出するかどうか
オフ (既定値) | オン
端子 tll を有効にするには、このパラメーターを選択します。
[Sensing]、[Upper-Limit Torque] — 上限のトルクを検出するかどうか
オフ (既定値) | オン
端子 tul を有効にするには、このパラメーターを選択します。
Mode Configuration
Mode — ジョイント モード
Normal
(既定値) | Locked
| Disengaged
| Provided by Input
シミュレーションのジョイント モード。以下のいずれかの値として指定します。
モード | 説明 |
---|---|
Locked | ロック モードでは、ジョイントのすべての自由度 (DOF) が拘束されます。ロックされたジョイントは、シミュレーション中、速度ゼロでアセンブリの初期位置を維持します。Joint ブロックは、[Internal Mechanics]、[Limits]、および [Actuation] パラメーターの設定に従って、力またはトルクを検出できます。 |
Normal | ノーマル モードでは、シミュレーション中、ジョイントの DOF と拘束が意図したとおりの動作になります。 |
Disengaged | 解放モードでは、シミュレーション全体を通じてジョイントがすべての拘束から解放されます。[Internal Mechanics]、[Limits]、および [Actuation] パラメーターの設定は、解放されたジョイントに影響しません。すべての出力端子からゼロが出力されます。 |
Provided by Input | [Provided by Input] オプションを使用すると、入力信号を使用してジョイント モードを指定できます。詳細については、[Input] セクションの端子 [mode] を参照してください。 |
Composite Force/Torque Sensing
Direction — 測定の方向
Follower on Base
(既定値) | Base on Follower
測定の方向。以下のいずれかの値として指定します。
Follower on Base
— ブロックは、follower 座標系が base 座標系に及ぼす力およびトルクを検出します。Base on Follower
— ブロックは、base 座標系が follower 座標系に及ぼす力およびトルクを検出します。
このパラメーターは、[Composite Force/Torque Sensing] セクションの出力信号にのみ影響します。この方向を反転すると、測定の符号が変わります。詳細については、力とトルクの測定の方向を参照してください。
Resolution Frame — 測定値の解決に使用される座標系
Base
(既定値) | Follower
測定値の解決に使用される座標系。以下のいずれかの値として指定します。
Base
— ブロックは base 座標系の座標で測定値を解決します。Follower
— ブロックは follower 座標系の座標で測定値を解決します。
このパラメーターは、[Composite Force/Torque Sensing] セクションの出力信号にのみ影響します。
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
MATLAB コマンド
次の MATLAB コマンドに対応するリンクがクリックされました。
コマンドを MATLAB コマンド ウィンドウに入力して実行してください。Web ブラウザーは MATLAB コマンドをサポートしていません。
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