Spherical Solid

R2026b

ジオメトリ、慣性、および色をもつ固体球体要素

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Spherical Solid block

To add a block to a model, double-click the canvas and start typing the block name. Then, select the block from the list.

ライブラリ:
Simscape / Multibody / Body Elements

説明

Spherical Solid ブロックは、その幾何学的中心が基準フレームの原点と一致するように球状固体をモデル化します。

既定では、このブロックには、固体の位置と向きを定義する 1 つの基準フレームだけが含まれています。ボディに追加のフレームを作成するには、[Frames] セクションで [Create] ボタン を選択します。

このブロックは、単一の剛体のモデル化に使用できます。また、Rigid Transform ブロックを使用して剛性的に結合および配置された他の固体と結合することで複合剛体を作成することもできます。

慣性特性の計算

[慣性]、[タイプ] パラメーターを [ジオメトリから計算] に設定すると、固体の慣性特性を計算できます。この設定により、プロパティ インスペクターのツールストリップに [Inertia] ボタンが表示されます。慣性特性を計算するには [Inertia] ボタンをクリックします。計算された値が可視化ペインに表示されます。

このブロックでは、固体の基準フレームで重心を定義し、分解の慣性フレームで慣性モーメントと慣性乗積を指定しています。この慣性フレームは、座標軸が基準フレームと一致し、原点の位置は固体の重心になります。

固体の可視化

プロパティ インスペクターには、固体の視覚的なフィードバックを即座に提供する可視化ペインがあります。このペインを使用して、固体の形状や色を確認して調整します。さまざまな角度から固体を検証するには、標準ビューを選択するか、ビュー選択キューブまたは方向トライアドを操作するか、表示の回転、パン、ズームを使います。

固体のジオメトリに対する最新の変更を可視化ペインに表示するには、ツールストリップの [Refresh] をクリックします。ツールストリップの [Frames] と [Background] をクリックして、固体のフレームを表示したり、可視化ペインの背景色を変更したりすることもできます。

例

屋外遊園地の回転式乗り物

この例では、屋外遊園地の回転式乗り物を示します。ホイールに適用されたトルクによって乗り物が回転し、油圧アクチュエータによって、アームを持ち上げるための力が与えられます。乗りかごはホイールの半径とほぼ正接の関係にある軸の周りを自由に回転できます。ホイールが垂直近くまで来ると、乗りかごにかかる遠心加速度 (ホイールの回転によって発生) により、乗りかごが必ず垂直に近い位置に近づきます。したがって、乗客は回転の一番上で「逆さ」に近い状態になります。

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端子

フレーム

R — 基準フレーム

フレーム

固体のローカル基準フレーム。このフレームは固体のジオメトリに対して固定です。この端子をフレームのエンティティ (端子、ライン、またはジャンクション) に接続して、モデルにおける基準フレームの配置を決定します。詳細については、フレームの取り扱いを参照してください。

ジオメトリ

G — ジオメトリ

ジオメトリ

固体の実際のジオメトリを表す凸包。この端子を Spatial Contact Force ブロックに接続して固体の接触をモデル化します。

依存関係

この端子を有効にするには、[Geometry] で [Export] を展開し、[Entire Geometry] を選択します。

パラメーター

ジオメトリ

半径 — 球体の半径

1 m (既定値) | 正のスカラー

球体の中心とその表面の間の距離。

Entire Geometry — ブロックの実際のジオメトリをエクスポート

off (既定値) | on

[ジオメトリ全体] を選択すると、Spherical Solid ブロックの実際のジオメトリがエクスポートされ、Spatial Contact Force ブロックなどの他のブロックに使用できます。

依存関係

このオプションを有効にするには、[Export] で [Entire Geometry] を選択します。

慣性

タイプ — 使用する慣性パラメーター表現

Calculate from Geometry (既定値) | Custom | Point Mass

使用する慣性パラメーター表現。回転慣性は無視できるものとして集中質量をモデル化するには、[Point Mass] を選択します。慣性モーメントと慣性乗積を指定して分布質量をモデル化するには、[Custom] を選択します。既定の設定の [Calculate from Geometry] では、回転慣性の特性を固体のジオメトリと指定した質量または質量密度からブロックで自動的に計算できます。

Based on — 慣性の計算で基準とするパラメーター

Density (既定値) | Mass

慣性の計算で使用するパラメーター。ブロックは、固体のジオメトリと選択されたパラメーターから慣性テンソルを取得します。材料特性がわかっている場合は [Density] を使用します。固体の総質量がわかっている場合は [質量] を使用します。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[タイプ] を [ジオメトリから計算] に設定します。

Density — 材料の単位体積あたりの質量

1000 kg/m^3 (既定値) | スカラー

材料の単位体積あたりの質量。密度の単位のスカラーで、正と負の値をとります。固体ボディの中空の影響をモデル化するには、負の質量密度を指定します。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、次のように設定します。

1. [タイプ] を [ジオメトリから計算]

2. [Based on] を [Density]

質量 — 固体要素の総質量

1 kg (既定値) | スカラー

固体要素による総質量。このパラメーターは正と負をとります。複合ボディ (複数の固体と慣性で構成されるボディ) の中空の影響を取得するには、負の値を使用します。ボディの質量が全体で正になるように注意してください。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[タイプ] を [カスタム] または [質点] に設定します。あるいは、[タイプ] を [ジオメトリから計算] に設定し、[ベース] を [質量] に設定します。

Center of Mass — 重心の座標

[0 0 0] m (既定値) | 3 要素ベクトル

ブロックの基準フレームを基準とする重心の [x y z] 座標。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[タイプ] を [カスタム] に設定します。

Moments of Inertia — 慣性テンソルの対角要素

[1 1 1] kg*m^2 (既定値) | 3 要素ベクトル

慣性モーメント [I_xx I_yy I_zz] の 3 要素ベクトル。重心を原点とし、座標軸がブロックの基準フレームと平行なフレームを基準に、慣性モーメントの各要素を指定します。慣性モーメントは慣性テンソルの対角要素です。

$$\left(\begin{array}{ccc}{I}_{xx}& & \\ & I_{yy}& \\ & & I_{zz}\end{array}\right),$$

ここで、

• $$I_{xx}={\displaystyle \underset{m}{\int }\left(y^2+z^2\right)dm}$$

• $$I_{yy}={\displaystyle \underset{m}{\int }\left(x^2+z^2\right)dm}$$

• $$I_{zz}={\displaystyle \underset{m}{\int }\left(x^2+y^2\right)dm}$$

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[タイプ] を [カスタム] に設定します。

Products of Inertia — 慣性テンソルの非対角要素

[0 0 0] kg*m^2 (既定値) | 3 要素ベクトル

慣性乗積 [I_yz I_zx I_xy] の 3 要素ベクトル。重心を原点とし、座標軸がブロックの基準フレームと平行なフレームを基準に、慣性乗積の各要素を指定します。慣性乗積は慣性テンソルの非対角要素です。

$$\left(\begin{array}{ccc}& I_{xy}& I_{zx}\\ I_{xy}& & I_{yz}\\ I_{zx}& I_{yz}& \end{array}\right),$$

ここで、

• $$I_{yz}=-{\displaystyle \underset{m}{\int }yzdm}$$

• $$I_{zx}=-{\displaystyle \underset{m}{\int }zxdm}$$

• $$I_{xy}=-{\displaystyle \underset{m}{\int }xydm}$$

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[タイプ] を [カスタム] に設定します。

グラフィックス

タイプ — 可視化に使用するグラフィックス

ジオメトリから (既定値) | Marker | なし

固体の視覚的表現のタイプ。[From Geometry]、[Marker]、または [None] として指定します。固体の視覚的表現を表示するには、パラメーターを [From Geometry] に設定します。固体をマーカーとして表現するには、パラメーターを [Marker] に設定します。モデルの可視化で固体を非表示にするには、パラメーターを [None] に設定します。

視覚特性 — 色と不透明度のパラメーター表現

簡易 (既定値) | 詳細

視覚特性を指定するパラメーター表現。[拡散色] と [不透明度] を指定するには、[簡易] を選択します。[反射色]、[アンビエント色]、[放射色]、[光沢] など、他の視覚特性を指定するには、[詳細] を選択します。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[タイプ] を [ジオメトリから] または [マーカー] に設定します。

Shape — 固体を表すマーカーの形状

球面 (既定値) | Cube | Frame

固体の可視化に使用するマーカーの形状。マーカーの動きは固体そのものの動きを反映します。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[タイプ] を [マーカー] に設定します。

Size — マーカーの幅 (ピクセル)

10 pixels (既定値) | スカラー

マーカーの幅 (ピクセル)。この幅はズーム レベルでスケーリングされません。マーカーの表示サイズは画面の解像度に部分的に依存することに注意してください。解像度が高いほど、単位長さあたりのピクセル数が多くなり、それによってアイコンが小さくなります。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[タイプ] を [マーカー] に設定します。

拡散色 — 拡散反射による光の色

[0.5 0.5 0.5] (既定値) | 0 ～ 1 の範囲の値をもつ 3 行 1 列または 1 行 3 列のベクトル | 0 ～ 1 の範囲の値をもつ 4 行 1 列または 1 行 4 列のベクトル

直接白色光の下でのグラフィックスの色。0 ～ 1 のスケールの [R G B] または [R G B A] ベクトルとして指定します。オプションの 4 番目の要素 (A) は色の不透明度を 0 ～ 1 のスケールで指定します。不透明度の要素を省略した場合、値 1 を指定したのと同じになります。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[タイプ] を [ジオメトリから] または [マーカー] に設定します。

不透明度 — グラフィックスの不透明度

1.0 (既定値) | 0 ～ 1 の範囲のスカラー

グラフィックスの不透明度。0 ～ 1 の範囲のスカラーとして指定します。スカラー 0 は完全な透明を表し、スカラー 1 は完全な不透明を表します。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、次のように設定します。

1. [タイプ] を [ジオメトリから] または [マーカー] にします。

2. [視覚特性] を [簡易] にします。

拡散色 — 拡散反射による光の色

[0.5 0.5 0.5] (既定値) | 0 ～ 1 の範囲の値をもつ 3 行 1 列または 1 行 3 列のベクトル | 0 ～ 1 の範囲の値をもつ 4 行 1 列または 1 行 4 列のベクトル

拡散反射による光の色。0 ～ 1 の範囲の値をもつ [R,G,B] または [R,G,B,A] ベクトルとして指定します。ベクトルは行ベクトルまたは列ベクトルを使用できます。オプションの 4 番目の要素は色の不透明度を指定します。不透明度の要素を省略した場合、値 1 を指定したのと同じになります。

拡散色は、描画固体の主な色を反射して陰影を付け、描画オブジェクトに立体感を与えます。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、次のように設定します。

1. [タイプ] を [ジオメトリから] または [マーカー] にします。

2. [視覚特性] を [詳細] にします。

反射色 — 鏡面反射による光の色

[0.5 0.5 0.5 1.0] (既定値) | 0 ～ 1 の範囲の値をもつ 3 行 1 列または 1 行 3 列のベクトル | 0 ～ 1 の範囲の値をもつ 4 行 1 列または 1 行 4 列のベクトル

鏡面反射による光の色。0 ～ 1 の範囲の値をもつ [R,G,B] または [R,G,B,A] ベクトルとして指定します。ベクトルは行ベクトルまたは列ベクトルを使用できます。オプションの 4 番目の要素は色の不透明度を指定します。不透明度の要素を省略した場合、値 1 を指定したのと同じになります。このパラメーターは、反射ハイライト (光源からの光の反射によって描画固体上に生じる明るいスポット) の色を変更します。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、次のように設定します。

1. [タイプ] を [ジオメトリから] または [マーカー] にします。

2. [視覚特性] を [詳細] にします。

アンビエント色 — 周囲光の色

[0.15 0.15 0.15 1.0] (既定値) | 0 ～ 1 の範囲の値をもつ 3 行 1 列または 1 行 3 列のベクトル | 0 ～ 1 の範囲の値をもつ 4 行 1 列または 1 行 4 列のベクトル

周囲光の色。0 ～ 1 の範囲の値をもつ [R,G,B] または [R,G,B,A] ベクトルとして指定します。ベクトルは行ベクトルまたは列ベクトルを使用できます。オプションの 4 番目の要素は色の不透明度を指定します。不透明度の要素を省略した場合、値 1 を指定したのと同じになります。

周囲光は、光源からの直接光ではない、一般的な照明のレベルを表します。周囲光は、何度も反射を繰り返して特定の方向をもたなくなった光で構成されます。このパラメーターを調整して描画固体の影の色を変更できます。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、次のように設定します。

1. [タイプ] を [ジオメトリから] または [マーカー] にします。

2. [視覚特性] を [詳細] にします。

放射色 — 自己発光色

[0.0 0.0 0.0 1.0] (既定値) | 0 ～ 1 の範囲の値をもつ 3 行 1 列または 1 行 3 列のベクトル

自己発光による色。0 ～ 1 の範囲の [R,G,B] または [R,G,B,A] ベクトルとして指定します。ベクトルは行ベクトルまたは列ベクトルを使用できます。オプションの 4 番目の要素は色の不透明度を指定します。不透明度の要素を省略した場合、値 1 を指定したのと同じになります。

発光色は、外部のソースからの色ではない、固体自体から放たれているように見える色です。固体に放射色があれば、外部の光源がなくても固体を認識できます。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、次のように設定します。

1. [タイプ] を [ジオメトリから] または [マーカー] にします。

2. [視覚特性] を [詳細] にします。

光沢 — ハイライトの鮮鋭度

75 (既定値) | 値が 0 ～ 128 に制約されたスカラー

鏡面光反射の鮮鋭度。0 ～ 128 のスケールのスカラーの数値として指定します。光沢の値を大きくすると、範囲の狭いシャープなハイライトとなります。値を小さくすると、範囲の広い滑らかなハイライトとなります。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、次のように設定します。

1. [タイプ] を [ジオメトリから] または [マーカー] にします。

2. [視覚特性] を [詳細] にします。

フレーム

Show Port R — 他のブロックに接続するための基準フレーム端子を表示

オン (既定値) | オフ

選択すると端子 R が表示されます。

New Frame — 他のブロックに接続するためのカスタム フレームを作成

ボタン

[Create] ボタン をクリックすると、ボディに付加される新しいフレームを作成するためのペインが開きます。このペインで、フレームの名前、原点、および向きを指定できます。

• カスタム フレームに名前を付けるには、[Frame Name] パラメーターのテキスト フィールドをクリックします。名前によって、固体ブロックおよび Multibody Explorer のツリー ビュー ペインで対応する端子が識別されます。

• カスタム フレームの [Frame Origin] を選択するには、次のいずれかの方法を使用します。

  • At Reference Frame Origin: 新しいフレームの原点を固体の基準フレームの原点と一致させます。

  • At Center of Mass: 新しいフレームの原点を固体の重心と一致させます。

  • Based on Geometric Feature: 新しいフレームの原点を選択した特徴の中心と一致させます。有効な特徴には、表面、ライン、点があります。可視化ペインから特徴を選択し、[Use Selected Feature] をクリックして原点の位置を確定します。このオプションの下のフィールドに、原点の位置の名前が表示されます。

• カスタム フレームの向きを定義するには、[Frame Axes] セクションでカスタム フレームの [Primary Axis] および [Secondary Axis] を選択し、それらの向きを指定します。

  次の方法を使用して、主軸と副軸の向きを指定するベクトルを選択します。主軸は、選択したベクトルと平行になり、残る 2 つの座標軸を主軸の法平面に制約します。副軸は、選択したベクトルを法平面上に投影したものと平行になります。

  • Along Reference Frame Axis: 固体の基準フレームの軸が選択されます。

  • Along Principal Inertia Axis: 固体の慣性の主軸のいずれかが選択されます。

  • Based on Geometric Feature: 固体の選択したジオメトリの特徴に関連付けられたベクトルが選択されます。有効な特徴には、表面とラインがあります。対応するベクトルは、可視化ペインで白の矢印で示されます。可視化ペインから特徴を選択し、[Use Selected Feature] をクリックして選択を確定できます。このオプションの下のフィールドに、選択した特徴の名前が表示されます。

FrameN — 既存のカスタム フレームを編集または削除

フレームの名前

作成済みのフレーム。N は、それぞれのカスタム フレームを一意に識別する番号です。

• 既存のカスタム フレームの名前を編集するには、テキスト フィールドをクリックします。

• カスタム フレームのその他の項目 (原点や座標軸など) を編集するには、編集ボタン をクリックします。

• カスタム フレームを削除するには、削除ボタン をクリックします。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[New Frame] をクリックしてフレームを作成します。

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

R2019b で導入

参考

Variable Brick Solid | Variable Cylindrical Solid | Variable Spherical Solid | Rigid Transform

トピック

• カスタムの固体フレームの作成
• 固体の色の操作
• ボディのモデル化
• 固体ジオメトリの表現
• カスタム慣性の指定