動(dòng)機(jī)

機(jī)械接觸建模對(duì)于建造各種工程領(lǐng)域的逼真的仿真非常有用，包括 機(jī)器人系統(tǒng)：輪式機(jī)器人，步行機(jī)器人和機(jī)械手 汽車系統(tǒng)：輪胎-地面相互作用，懸架和傳動(dòng)系統(tǒng)組件 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)：機(jī)器人抓爪（再次），流水線組件，例如傳送帶，滾筒和其他機(jī)械裝置

建模接觸力學(xué)

接觸力是固體彼此相互作用的結(jié)果。為了近似仿真中的接觸行為，我們使用接觸模型。 接觸力的兩個(gè)主要成分可以分解為 法向力：當(dāng)物體碰撞時(shí)將其推開。顧名思義，這些力垂直于接觸點(diǎn)。 摩擦力：防止接觸的物體彼此完美滑脫這些力沿接觸表面作用，并且與接觸表面的光滑度或粗糙度有關(guān)。

法向力可以通過多種方式建模，包括 基于脈沖：。這是一次性事件，當(dāng)兩個(gè)對(duì)象碰撞時(shí)發(fā)生在碰撞之前，每個(gè)物體都有一定的動(dòng)量（質(zhì)量*速度。，或其旋轉(zhuǎn)等效值）碰撞后，每個(gè)物體的動(dòng)量的大小和方向?qū)⒏鶕?jù)碰撞的類型而改變；例如，彈性與非彈性。這種方法在對(duì)象不經(jīng)常移入和移出接觸的模型中效果最好。 基于力：向行業(yè)釋義法律力基于力定律應(yīng)用于對(duì)象一種常見的方法的英文施加懲罰力; 例如，將接觸面視為彈簧和阻尼器，其系數(shù)近似于現(xiàn)實(shí)世界的行為。不同，基于力的碰撞可能需要多個(gè)模擬時(shí)間步長(zhǎng)才能達(dá)到所需。 運(yùn)動(dòng)約束：這里，我們假設(shè)對(duì)象始終處于接觸狀態(tài)，因此我們不必?fù)?dān)心碰撞動(dòng)力學(xué)。例如，如果我們假設(shè)車輪始終在地面上，則無需對(duì)法向力進(jìn)行建模。將車輪的旋轉(zhuǎn)與此線性運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。 摩擦力通常由具有兩個(gè)不同區(qū)域的力定律組成。 靜摩擦代表物體靜止時(shí)開始沿其接觸表面滑動(dòng)所需的初始力。 動(dòng)摩擦代表物體沿其接觸表面移動(dòng)時(shí)的約束。 摩擦力曲線可以使用公式表示，也可以直接使用查找表中的曲線數(shù)據(jù)表示。

與Simulink?聯(lián)系

機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可以使用微分方程建模，該方程通常與積分器模塊關(guān)聯(lián)。這是由于牛頓第二定律（力=質(zhì)量*加速度）。可以對(duì)加速度進(jìn)行一次積分以計(jì)算速度，然后再次進(jìn)行積分以計(jì)算位置。 要實(shí)現(xiàn)基于力的接觸力和摩擦力，可以使用塊進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算來表示力定律，也可以將摩擦曲線直接表示為查找表。然后可以將這些力相加并傳遞到積分器模塊中，如下所示。

與Simscape?進(jìn)行一維接觸

Simscape?擴(kuò)展了Simulink?，可為一維物理網(wǎng)絡(luò)（電氣，流體，機(jī)械等）建模，而無需轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方程。通過在速度和力/梯度之間建立關(guān)系來實(shí)現(xiàn)每個(gè)機(jī)械Simscape?組件，因此您可以在Simscape?中實(shí)現(xiàn)基于1D力的接觸。 Simscape?具有內(nèi)置模塊，例如平移摩擦和平移硬停止模塊，它們?yōu)榻佑|建模提供了良好的起點(diǎn)。如果要實(shí)施不同的法向力或摩擦力定律，則可以查看Simscape?塊的源代碼并自定義它們的方程式，也可以從頭開始創(chuàng)建自己的組件。

Simscape Multibody?的3D接觸

您可以使用Simscape Multibody?為3D剛體系統(tǒng)建模。您可以使用這些模型實(shí)現(xiàn)兩種類型的聯(lián)系。 如果到達(dá)1D接觸面連接到干涉的3D模型中（例如，執(zhí)行器限制或摩擦），則可以使用Simscape Multibody?Multiphysics庫(kù)幫助您將旋轉(zhuǎn)或棱柱連接到上述硬停止和摩擦塊。 否則，您可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)更通用的（2D或3D）懲罰力關(guān)系

測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（變換傳感器）

使用Simulink?模塊“算術(shù)”

將所產(chǎn)生的接觸力/收縮加壓到接觸的物體上（外力+加壓）

該的Simscape多體?聯(lián)系部隊(duì)圖書館已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這些力量對(duì)某些基本形狀，如球形，飛機(jī)和管。我強(qiáng)烈建議您使用此庫(kù)作為起點(diǎn)，如果您需要實(shí)現(xiàn)其他功能，則可以自定義這些模塊。

摘要

介紹了一些在Simulink?，Simscape?和Simscape Multibody?中對(duì)機(jī)械接觸進(jìn)行建模的方法。總而言之， Simulink?是最靈活的工具，可讓您實(shí)現(xiàn)基于脈沖和基于力的接觸。但是，您需要導(dǎo)出所有運(yùn)動(dòng)方程。 Simscape?使您可以在不發(fā)起運(yùn)動(dòng)方程的情況下對(duì)一維機(jī)制進(jìn)行建模，并包含基本塊（可自定義）來表示法向和摩擦接觸力。 Simscape Multibody ?可讓您建模3D剛體系統(tǒng)，而無需導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)方程。 該的Simscape多體?Multiphysics的圖書館可以幫助你的界面?zhèn)€人旋轉(zhuǎn)或平移自由度的一維的Simscape?塊。 該的Simscape多體?接觸力庫(kù)包含了簡(jiǎn)單的形狀之間的二維或三維接觸力塊。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Simscape接触建模简介的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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