Simscape Multibody

マルチボディ機械システムのモデル化とシミュレーション

 

Simscape Multibody™ (以前は SimMechanics™) は、ロボット、車両サスペンション、建設機器、および航空機着陸装置などの 3D 機械システムのためのマルチボディ シミュレーション環境を提供します。ボディ、ジョイント、拘束、力要素、およびセンサーを表すブロックを使用して、マルチボディシステムをモデル化できます。Simscape Multibody は、完全な機械システムの運動方程式を定式化し解を解きます。すべての質量、慣性、ジョイント、拘束、および 3D 形状を含む完全な CAD アセンブリをモデルにインポートできます。自動的に生成された 3D アニメーションを使用すると、システムのダイナミクスを視覚化できます。

Simscape Multibody は、制御システムの開発と、システムレベルでのパフォーマンスのテスト作業を支援します。 MATLAB® 変数および式を使ってモデルをパラメーター化し、Simulink® でマルチボディシステムの制御システムを設計できます。Simscape™ 製品ファミリのコンポーネントを使用して、油圧、電気、空気圧、およびその他の物理システムをモデルに統合できます。ハードウェアインザループ (HIL) システムを含むその他のシミュレーション環境へモデルを展開するため、Simscape Multibody では C コード生成をサポートしています。

始める:

カスタム 3D メカニズム シミュレーション

3D メカニズムのマルチボディモデルを作成します。

剛体および柔軟な 3D パーツ

パラメーター化された 3D ジオメトリまたは CAD データを使用して、剛体および柔軟なパーツを定義します。MATLAB で 2D プロファイルを作成し、それらを線に沿って押し出し成形するか、またはそれらを軸の周りに回転させます。材料特性を指定するか、有限要素ソフトウェアからインポートします。

ジョイントと拘束

パーツをジョイントで接続し、自由度を定義します。設計では、ラックギア、ピニオンギア、ベベルギア、プーリをケーブルで接続してください。ローラーコースター、リニアコンベヤー、およびカスタム キネマティック挙動のある類似のシステムをモデル化します。

接触力

3D パーツ間の衝突と摩擦力をモデル化します。カスタムな空気力学的および流体力学的力を追加します。宇宙システムのための重力を含みます。

ロボットの足と床との間の接触力には、衝突力および摩擦力が含まれます。

電子、油圧、および空気システムの統合

Simscape ファミリーの製品を使用して、単一の環境でマルチドメイン システム全体をモデル化します。

作動システムを含めます

電子、油圧、空気圧、およびその他のシステムを 3D メカニカルモデルに直接接続します。アプリケーションのアクチュエーター技術を評価し、性能要件を満たすために必要なサイズおよび電力を決定します。

制御アルゴリズムの設計

複雑な制御戦略を実行するために、高度な線形化および自動制御チューニング技術を使用します。ロバスト性および時間応答目標を達成するようなコントローラーゲインを迅速に見つけ出します。システム パフォーマンスの評価のためにソフトウェア実装をテストします。

補助翼が指令された角度を追跡するための制御システム

設計チームを一つに

全体システムの仕様が実行可能になることで、設計プロセスの早期にソフトウェア プログラマーとハードウェア設計者の共同作業を可能にします。シミュレーションを使用して、設計空間全体を詳細に調べます。

制御ロジックがロボットアームと 2 つのコンベアベルトを調整して、パッケージを運んで整列。

MATLAB を使用した完全なパラメーターモデルの作成

開発サイクルを短縮するために、設計スペースを迅速に調査し、要求事項を洗練します。

設計スペースの迅速な探索

長さ、半径、質量、電圧などの設計パラメーターを自動的に変化させます。設計スペースの実行可能な部分を特定し、開発作業を集中させるために、テストを迅速に並行して実行します。

最適化アルゴリズムは、先端が必要な軌道をたどるまで、リンク機構の長さを調整します。

要件の改善

基本パラメーターを持つ抽象モデルを使用して、開発プロセスの初期に設計をテストします。未知数を計算して、詳細な仕様を作成します。動的シミュレーションを使用して、より少ない反復で機械的設計を完了します。

抽象設計は、CAD において詳細設計が実行される前に調整されます。

モデル再利用の拡大

主要なパラメーターをモデルユーザーに公開するモデルのライブラリを開発します。パラメーターを変更するだけで、多くの製品固有の設計にわたり汎用アクチュエーター モデルを再利用できます。複数の製品ラインにまたがるコアセットのシミュレーション モデルを用いて、企業の効率性を高めます。

汎用油圧アクチュエーターの再利用

CAD ソフトウェアからのインポート

CAD 設計を自動的に変換して、システムのデジタルツインを作成します。

ジョイントのあるアセンブリのインポート

質量、慣性、および色を有するすべての部品を含む CAD アセンブリ全体が、嵌合接続および接合接続とともに、Simscape モデルに自動的に変換されます。既存の CAD パーツに対する更新は、Simscape モデルにマージすることができます。

Simscape で CAD パーツおよびアセンブリを再利用するオプション。

ネイティブ CAD データの読み取り

CATIA®、Creo™、Inventor®、NX™、Solid Edge®、SolidWorks®、および Parasolid® からファイルを直接参照することによってパーツを定義します。 パーツは、STEP®、STL、SAT、または JT など、3D モデリングのためのファイル形式を参照することによって指定することもできます。

Simscape モデルで使用する個々のパーツの CAD ファイルを直接参照します。

3D で編集

3D インターフェースを使用して、パーツ上のフレームを定義し、調整します。頂点、エッジ、サーフェス、またはボリュームをグラフィカルに選択して、感知、ジョイント接続、および力の印加に使用することができるフレームの位置および向きを定義します。

Simscape Multibody 3D インターフェースを使用して、パーツに接続ポイントを追加します。

フォールトトレランス

障害条件下で設計の検証を行い、損失、機器のダウンタイム、コストを最小化

ロバスト設計を作成

時間、負荷、または温度ベースの条件など、コンポーネントにおける障害の基準を設定します。磨耗したギアの歯や軸受摩擦の増加など、劣化したコンポーネントの挙動をモデル化します。自動的にモデルを設定し、効率的に障害条件に対して設計を検証します。

2 つのパーツ間の接続は、力が継手の上限を超えると壊れます。

予知保全の実行

データを生成して、予知保全アルゴリズムを学習させます。通常または異常時のシナリオで仮想テストを使用してアルゴリズムを検証します。保守が適切な間隔で行われるようにすることで、ダウンタイムと機器のコストを削減します。

種々の故障の組合せを検出するマルチクラス分類器を開発するために使用した、漏れ、ブロッキング、および軸受障害がある 3 重往復ポンプモデル。

損失を最小化

機械部品によって消費される電力を計算します。コンポーネントが安全動作領域内で動作していることを確認します。特定のイベントとテストシナリオのセットをシミュレートし、MATLAB で後処理結果を作成します。

歯の摩擦および軸受の動力損失を伴うウォームギア。

メカニズムをアニメーション化して結果を解析

シミュレーション結果の 3D アニメーションを使用して、メカニズムの動作を分析します。

シミュレーション結果のアニメーション

モデルより自動的に生成された 3D ビジュアルとシミュレーション結果のアニメーションを使用して、システムを分析します。複数の角度から同時にアニメーションを表示し、ビデオファイルをエクスポートします。

3D でメカニズムの探索

3D インターフェースでメカニズムを探索し、模式図にナビゲートして、モデル構造を検証し、プロットされた結果を調べます。カスタム参照フレームからシミュレーション結果を表示するために、静的または移動する視点を定義します。

メカニズムの動作、アセンブリ定義、およびシミュレーション結果を探索します。

必要な負荷の計算

順動力学、逆動力学、順運動学、逆運動学など、さまざまなタイプの分析を実行します。作動自由度と運動自由度が一致しない場合であっても、必要な運動を生じさせるために必要な力またはトルクを計算します。

モデルの展開

組み込みコントローラーのテストも含め、開発プロセス全体でモデルを使用

ハードウェア プロトタイプなしでのテスト

Simscape Multibody のモデルを C コードに変換し、dSPACE®、Speedgoat、OPAL-RT、および他のリアルタイムシステムでのハードウェアインザループ テストを使用して、組み込み制御アルゴリズムをテストします。生産システムのデジタルツインを使用してテストを構成することによって、仮想試運転を行います。

並列シミュレーションによる高速な最適化

Simscape Multibody モデルを C コードに変換して、シミュレーションを高速化します。1 台のマシン上の複数のコア、計算クラスター内の複数のマシン、またはクラウド上にシミュレーションを展開することによって、テストを並列実行します。

 

並列演算を使用し、最小の電力消費用のロボットの経路

他のチームとのコラボレーション

各 Simscape アドオン製品のライセンスを購入しなくても、Simscape 製品ファミリのすべての拡張コンポーネントや機能などのモデルを調整してシミュレーションできます。保護されたモデルを外部チームと共有して、IP の公開を回避します。

Simscape Multibody モデルは、Simscape Multibody を購入していない他の人と共有することができます。

MATLAB & Simulink

完全なシステムモデルに対して実行されるタスクを自動化することによって、設計を最適化

MATLAB によるあらゆるタスクを自動化

MATLAB を使用して、モデルアセンブリ、パラメーター化、テスト、データ収集、後処理など、あらゆるタスクを自動化します。エンジニアリング組織全体の効率を高めるために、共通タスク用のアプリを作成します。

MATLAB コマンドを用いて構築した Simscape Multibody の振子モデル。

システム設計を最適化

Simulink を使用して、制御アルゴリズム、ハードウェア設計、および信号処理を単一環境に統合します。最適化アルゴリズムを適用して、システムにとって最適な全体設計を見つけます。

開発サイクルを短縮化

確認および検証ツールを使用して、設計の反復回数を削減し、要件が完成して一貫していることを確認します。開発サイクル全体を通じて継続的に検証することで、システム レベルの要件が満たされていることを確認します。

Simscape Multibody のケーブル拘束を使用したブロックおよびタックルのモデル化。

新機能

低次元柔軟 Solid ブロック

さまざまな形状のボディの変形をモデル化

接触力

CAD ジオメトリと押出ジオメトリの接触をモデル化し、ゼロクロッシングを使用してシミュレーション速度を向上

ジョイントの解放

ロックされたジョイントを解放し、ボディのアンロック時の動作をモデル化

ジョイント ブロックでの動作制限

指定された境界にジョイントの移動を制限

KinematicsSolver の機能強化

速度ベースの運動学解析を実行

慣性センサーブロック

堅固に接続されたボディ要素のグループ、または全体のメカニズムの慣性プロパティーを計測

これらの機能および対応する関数の詳細については、リリースノートを参照してください。