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。

Simscape Multibody とは

Simscape 入門

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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。

Lockheed Martin Space Systems が宇宙船を Simscape でモデリング

マルチボディシミュレーションの部品定義のワークフロー

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。

Instron は、Simscape を使用して多軸テストフィクスチャを開発します。

マルチボディシミュレーションのモデル組み立てのワークフロー

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。

Simscape でのロボットモデルの実行

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。

ESA と Airbus が Simscape を使用してロケット姿勢制御システムを開発

ジョイントの作動と検知

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。

Metso がデジタル油圧システムを Simscape で開発

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。

FMTC が Simscape を使用してハイブリッド油圧式パワートレインを最適化

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。

Virgin Orbit が LauncherOne のステージの切り離しイベントをシミュレーション

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。

KIMM がモバイルハーバー向け磁気浮上転倒防止システムを Simscape で開発

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。

Simscape のバックホウモデル

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。

Johns Hopkins APL が義肢を Simscape で開発

Simscape Multibody Link

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 Multibody に Delft-Tyre を搭載した車両モデル

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 Multiphysics ライブラリ

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。

Haldexは、Simscape でブレーキングと安定コントローラーを開発

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。

シミュレーションデータを使用したマルチクラス故障検出

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。

Simscape Multibody パーツライブラリ

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。

Mitsuba がワイパーシステムを Simscape Multibody を使用して開発

Simscape Multibody モデルの確認

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。

コンベアベルトを持つロボットアーム

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。

Simscape Multibody でのシザーリフトモデル

仕様からアクチュエーターの要件を決定3

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。

Volvo CE が Simscape を使用してヒューマンインザループシミュレーターを開発