机械系统建模和仿真SimMechanics
matlab中simmechanics的用法
matlab中simmechanics的用法在MATLAB中，SimMechanics是一种强大的工具，用于建模、模拟和分析多体机械系统的动力学行为。
SimMechanics能够帮助工程师和科学家们设计和优化复杂的机械系统，从而提高系统的性能和可靠性。
SimMechanics提供了一组功能强大的工具，以便用户能够轻松地建立和修改机械系统模型。
用户可以使用图形界面进行模型设计，也可以使用MATLAB代码进行自动化建模。
SimMechanics利用了Simulink的环境，使用户可以方便地与其他MATLAB工具进行集成，如优化工具箱和控制系统工具箱。
在SimMechanics中，用户可以定义刚体、关节和约束，以构建机械系统的模型。
用户可以选择不同类型的刚体，如圆柱体、方块体，甚至自定义的形状。
关节可以模拟机械系统中的旋转、平移和万向运动。
通过定义合适的约束条件，用户可以模拟机械系统中的限制和连接关系。
SimMechanics还提供了强大的仿真功能，用户可以通过设置初始条件和外部输入来模拟机械系统的动态行为。
仿真结果可以显示在图形界面中，用户可以观察机械系统在不同时间点的运动轨迹和关键参数的变化。
此外，用户还可以导出仿真结果，以便进行后续的数据分析和可视化。
除了仿真功能，SimMechanics还支持参数化建模和优化分析。
用户可以定义系统的参数，并在模型中使用符号表达式进行建模。
这使得用户可以轻松地修改系统参数，从而进行灵敏度分析、优化和参数估计。
SimMechanics可以与MATLAB的优化工具箱集成，提供了丰富的优化算法和工作流程，帮助用户找到最优的设计和控制策略。
总而言之，SimMechanics是MATLAB中用于建模和分析机械系统的强大工具。
它提供了丰富的功能和易于使用的界面，使得工程师和科学家们可以更好地理解和优化机械系统的动力学行为。
无论是对于学术研究还是工程设计，SimMechanics 都是一个不可或缺的工具。
solidworks与simmechanics的插件安装说明及仿真操作
solidworks与simmechanics的插件安装说明及仿真操作下面以Solidworks2009以及MatlabR2009a为例说明安装过程：1. 选择对应的solidworks及matlab版本的插件下载（mathwork公司免费），以后不需要解压然后你打开MATLAB；2. 将下载的两个文件所aaaa在目录置为MATLAB当前路径；3. 在MATLAB命令窗口输入install_addon('<add-on ZIP file name>')命令，引号内的是你下载的压缩文名字；4. 然后MATLAB就会将这个插件装上的：Installing smlink...Extracting archive smlink31.win32.zip to C:\Program Files\MATB\R2009a... Adding directories for smlink to path...Installation of smlink complete.To view documentation, type "doc smlink".5.最后在关联solidworks，主要分两步：1）在matlab命令窗口运行smlink_linksw，提示成功；2）打开solidworks，点击工具，选择插件，再选择SimMechanics Link，将会看到SimMechanics Link新的菜单（注意需要在打开装配体*.SLDASM时才能看到）。
-----------------安装好后，即可以联合仿真了，具体步骤如下：1 在solidworks建立机械装配体并保存 *.SLDASM；2 利用另存为再分别保存成 *.xml （新建个子文件夹）和 *.wrl格式；3 启动VRML编辑工具（<matlabroot>\toolbox\sl3d\vrealm\program\vrbuild2.exe），打开上面刚存的robot.wrl文件，再另存为*_vrml97.wrl；4 启动matlabR2009a，在命令窗口运行import_physmod，在对话框中打开第1步中存储的robot.XML，将生成相应的SimMechanics模块；5 在生成的SimMechanics模块中添加VR Sink 模块，双击打开对话框中打开*_vrml97.wrl，进行相应的配置，然后连接相应的数据即可进行仿真。
SimMechanics简介（官网）
SimMechanics简介（官⽹）SimMechanics⼀、关于SimMechanics软件SimMechanics软件拥有⼀系列的模块库，机械模型和仿真⼯具。
它可以与Simulink配合使⽤。
你可以通过传感器模块和执⾏器模块将SimMechanics 模块和Simulink模块连接起来。
这些模块库⾥的模块是你⽤来建⽴机械系统的基础。
这些机械系统由⼀些刚体组成，⽽这些刚体由代表了平移⾃由度和旋转⾃由度的关节连接起来。
和⽤标准的Simulink⼯具箱建模⼀样，你可以⽤⼀些分层⼦系统表达出你的机械系统。
你可以施加运动约束，应⽤⼒或者转矩，集成⽜顿动⼒学，以及测量最终的运动。
你可以在输送机装备的演⽰模型⾥看到⼀些特征的⼯作情况。
⼆、建⽴机械系统模型以下是你建⽴和运⾏⼀个机械模型所要做的主要步骤，点击最前⾯的链接你可以看到更详细的解释。
1.通过指定刚体的惯性，⾃由度(DoFs)和约束，以及附着在刚体上的坐标系(CSs)来测量运动和⼒。
2.建⽴传感器记录运动和⼒，建⽴执⾏器和⼒的单元去初始化运动和施加⼒（包括连续的和不连续的摩擦⼒）。
3.开始仿真，在维持所施加的约束的同时，让Simulink的解算器去发现系统的运动。
你还可以⽣成，编译，运⾏模型的⽣成代码译本。
4.应⽤SimMechanics的可视化窗⼝，在建⽴你的模型时你可以形象化你的机器，在运⾏你的模型时你可以让仿真动画化。
三、刚体(Bodies)，坐标系（CSs），关节（Joint）和约束(Constraints)你可以使⽤刚体模块建⽴你的刚体模型，指定模块的质量，惯量张量和刚体坐标系。
你⽤关节将⼀个刚体和另⼀个刚体连接起来。
关节代表了两个刚体之间可能的运动和系统的⾃由度。
你可以在系统中给刚体所允许的相对运动施加运动约束。
这些约束限制了⾃由度或者使⾃由度成为了时间的显函数。
SimMechanics界⾯给你提供了很多⽅法去指定坐标系，约束或驱动，⼒或转矩。
matlab中simmechanics的用法
MATLAB中SimMechanics的用法一、SimMechanics简介SimMechanics是MATLAB中的一个工具箱，用于建模、仿真和分析机械系统。
它提供了一种直观的方式来描述和模拟多体动力学系统，包括刚体、关节、连接、传感器等。
二、SimMechanics的安装1.在MATLAB中选择“添加-Ons”菜单。
2.在“获取Add-Ons”对话框中，搜索“SimMechanics”。
3.单击“安装”按钮，等待安装完成。
三、创建机械系统模型1. 添加刚体使用SimMechanics可以创建各种刚体，如盒子、圆柱体等。
可以通过以下步骤添加刚体： 1. 在模型中选择“刚体”工具。
2. 单击模型中的位置以放置刚体。
3. 在属性编辑器中设置刚体的参数，如质量、形状等。
2. 添加关节关节用于连接不同的刚体，并定义它们之间的运动。
可以通过以下步骤添加关节：1. 在模型中选择“关节”工具。
2. 在两个刚体之间单击以放置关节。
3. 在属性编辑器中设置关节的参数，如类型、转动轴等。
3. 添加连接连接用于模拟刚体之间的物理连接，如弹簧、阻尼器等。
可以通过以下步骤添加连接： 1. 在模型中选择“连接”工具。
2. 在两个刚体之间单击以放置连接。
3. 在属性编辑器中设置连接的参数，如刚度、阻尼等。
4. 添加传感器传感器用于测量系统中的物理量，如位置、速度等。
可以通过以下步骤添加传感器：1. 在模型中选择“传感器”工具。
2. 单击模型中的位置以放置传感器。
3. 在属性编辑器中设置传感器的参数，如测量类型、位置等。
四、模型仿真和分析SimMechanics提供了丰富的仿真和分析工具，可以帮助用户对机械系统进行模拟和分析。
1. 仿真参数设置在进行仿真之前，需要设置仿真参数，如仿真时间、步长等。
可以通过以下步骤设置仿真参数： 1. 在模型中选择“仿真参数”工具。
2. 在仿真参数对话框中设置仿真参数。
3. 单击“应用”按钮以保存设置。
matlab中simmechanics的用法
matlab中simmechanics的用法SimMechanics是MATLAB中的一个工具箱，用于建模和仿真机械系统。
它提供了一种直观的方式来描述和分析复杂的机械系统，包括刚体、关节、连接器和力学元件等。
首先，SimMechanics提供了一个图形界面，使用户可以轻松地创建机械系统模型。
用户可以通过拖放刚体、关节和连接器等元素来构建系统。
这些元素可以根据需要进行自定义，例如设置质量、惯性矩阵和几何形状等。
SimMechanics还提供了丰富的库，包括各种常见的机械元件，如齿轮、连杆、弹簧等。
用户可以从库中选择适当的元件，并将其添加到模型中。
此外，SimMechanics还支持自定义元件的创建，以满足特定应用需求。
一旦模型构建完成，用户可以使用SimMechanics进行仿真。
SimMechanics使用基于物理原理的求解器来计算系统在不同时间点上的状态。
用户可以设置仿真参数，如时间步长和仿真时间等，并观察系统在仿真过程中的行为。
SimMechanics还提供了丰富的分析工具，用于评估系统性能。
用户可以通过绘制关键变量的曲线图来分析系统的动态响应。
此外，SimMechanics还可以计算系统的能量消耗、力矩和速度等指标，以帮助用户评估系统的效率和稳定性。
SimMechanics还支持与其他MATLAB工具箱的集成，如Simulink和Control System Toolbox等。
用户可以将SimMechanics模型与控制算法相结合，以实现对机械系统的闭环控制。
总之，SimMechanics是MATLAB中一个强大而灵活的工具箱，用于建模和仿真机械系统。
它提供了直观的图形界面、丰富的库和分析工具，使用户能够轻松地创建、仿真和分析复杂的机械系统。
无论是学术研究还是工程应用，SimMechanics都是一个不可或缺的工具。
matlab中simmechanics的用法
matlab中simmechanics的用法【原创实用版】目录1.介绍 Matlab 中的 SimMechanics 工具箱2.SimMechanics 的基本用法3.SimMechanics 在机械臂建模与仿真中的应用4.如何深入学习 SimMechanics正文一、介绍 Matlab 中的 SimMechanics 工具箱Matlab 是一款广泛应用于科学计算和工程设计的软件，其内置的SimMechanics 工具箱为机械系统的建模和仿真提供了强大的功能。
SimMechanics 工具箱涵盖了机械系统的各个方面，包括运动学、动力学、控制等，可以帮助用户快速搭建机械系统的模型并进行仿真。
二、SimMechanics 的基本用法对于初学者和小白，可以先从 SimMechanics 的基本用法入手。
SimMechanics 提供了一系列的函数和命令，用于创建和操作机械系统的各个部分。
以下是一些基本用法：1.创建机械系统模型：使用 SimMechanics 中的函数创建机械系统的各个部件，如关节、连杆、电机等。
2.添加约束和力：为机械系统添加约束和力，以便进行动力学分析和控制。
3.求解逆运动学：使用 SimMechanics 中的逆运动学函数求解机械系统的末端执行器的位置和姿态。
4.进行仿真：使用 SimMechanics 中的仿真函数对机械系统进行仿真，以验证其运动性能和响应特性。
三、SimMechanics 在机械臂建模与仿真中的应用SimMechanics 在机械臂建模与仿真中的应用非常广泛。
例如，可以使用 SimMechanics 工具箱对 Adept 机器人进行建模仿真。
首先，需要对机器人的正运动学、逆运动学以及轨迹规划、关节控制等内容有所了解。
然后，可以使用 SimMechanics 中的函数和命令搭建机器人的模型，并进行动力学仿真。
四、如何深入学习 SimMechanics对于想要深入学习 SimMechanics 的用户，可以通过以下途径：1.查阅 Matlab 官方文档：Matlab 官方文档中包含了 SimMechanics 的详细说明和示例，可以帮助用户深入了解 SimMechanics 的各个功能和用法。
基于MatlabSimMechanics的机械结构仿真技术研究
基于MatlabSimMechanics的机械结构仿真技术研究随着计算机技术的发展，为了满⾜市场竞争对产品⾼性能的要求，对所设计的产品进⾏动⼒学、运动学等⽅⾯的仿真是很必要的。
通过建⽴仿真软件⽀持的产品模型，从⽽实现机电⼀体化产品⽅案的确定，并可以及时快速的利⽤模型仿真结果分析得到反馈信息，进⽽改进和优化设计⽅案[1]。
Matlab软件利⽤强⼤的科学数值计算能⼒和良好的Simulink⼈机交互图形界⾯仿真环境可以对机械系统进⾏建模仿真以及系统参数优化[2、3]。
特别是SimMechanics⼯具箱的推出，使得机械系统的建模与仿真变得更加简便易⾏。
近年来在机械产品仿真设计⽅⾯采⽤MATLAB/Simulink的⽅法已经成为热点。
⽂[4]中在对⼆级倒⽴摆系统的动⼒学⽅程进⾏建模的基础上，将其转化为线性定常系统的状态控制问题，运⽤LQR控制器在MATLAB平台上实现了该系统的最优控制策略，并给出了相应的实验结果。
⽂[5]中运⽤Simulink的基础模块搭建了连杆机构仿真模型，并对六杆机构进⾏了简单的运动学分析。
⽂[6]在介绍了Simulink仿真模块的基础上，利⽤Simulink基础模块对⼆杆操作⼿进⾏了分析和仿真。
但上述仿真基本是采⽤基础模型的搭建和编程的⽅法实现的，这使得机械产品系统设计⽐较繁琐，⽽SimMechanics⼯具箱的推出，使得机械系统的建模与仿真变得更加简便、直观、易⾏。
本⽂分别以平⾯四杆机构和双摆机构为例介绍了SimMechanics⼯具箱的应⽤和技巧，分析了两种机构的仿真结果。
仿真结果表明：采⽤SimMechanics可以更容易地解决机构系统的仿真问题，使⼯程技术⼈员能更专注于对机械系统的各种运动进⾏分析的应⽤设计，并可以得出直观的动画效果。
1.SimMechanics简介SimMechanics是The Math Work公司于2001年10⽉推出的机构系统模块集（SimMechanics Block－set），它可以对各种运动副连接的刚体进⾏建模与仿真，实现对机构系统进⾏分析与设计的⽬的。
基于Simmechanics的偏置曲柄滑块机构运动学建模及仿真研究
基于Simmechanics的偏置曲柄滑块机构运动学建模及仿真研究偏置曲柄滑块机构是机械系统中常见的重要构件之一，其应用广泛且具有重要的工程实际意义，在许多对运动精度和效率要求较高的机械设备中均有应用。
本文将根据Simmechanics软件平台，对偏置曲柄滑块机构进行运动学建模及仿真研究。
1. 偏置曲柄滑块机构的结构与运动特点偏置曲柄滑块机构一般由曲柄、连杆、滑块等部件组成，其构造简单却效果卓越，能够使线性运动转化为旋转运动，并且具有体积小、质量轻、运动平稳等特点，被广泛应用于发动机、冲床、组合机床等机械设备中。
2. 基于Simmechanics的偏置曲柄滑块机构建模2.1 组件翻译与刚体连杆连接在Simmechanics中，我们首先需要将偏置曲柄滑块机构的各个组件按照真实的几何形态进行翻译，在建模时，偏置曲柄滑块机构的曲柄与连杆被定义为刚体，而机构中的滑块被定义为运动副。
2.2 连杆的轴向位置与杆长在建模时，我们需要输入连杆的轴向位置以及杆长数据，使得机构的运动精度更加准确。
2.3 滑块相对于曲柄的偏移量在Simmechanics建模中，我们可以通过设置连接杆的连接方式，将连接杆绑定到机构中心位置，在此基础上对机构中滑块的偏移量进行设置，以确保机构运动的准确性。
3. 偏置曲柄滑块机构运动仿真在完成基于Simmechanics的偏置曲柄滑块机构建模后，我们可以通过运动仿真，来进一步验证机构在真实运动中的性能表现。
3.1 曲柄旋转角度与滑块位移关系图在Simmechanics中，我们可以通过绑定虚拟仪表板，对偏置曲柄滑块机构的曲柄旋转角度与滑块位移进行实时监测，并将监测结果以关系图的形式呈现。
3.2 力矩曲线与功率图在Simmechanics中，我们可以添加作用于机构中各个部件的外部力，预测机构在不同工作条件下的承载能力，并生成相应的力矩曲线和功率图，以此来评估机构的工作性能。
4. 结论通过Simmechanics软件平台实现了偏置曲柄滑块机构的运动学建模及仿真，进一步验证了该型机构的运动计算和运动性能表现，为机械系统的设计和优化提供了较高的建模精度及仿真可靠性。
MATLAB-SimMechanics机构动态仿真 讲课
SimMechanics建模及机构系统仿真SimMechanics简介SimMechanics模块机构动态仿真实例分析SimMechanics简介SimMechanics是Matlab仿真中的一个工具箱，同时结合Simulink、Matlab的功能。
利用SimMechanics模块框图对机构运动进行建模和动态仿真。
通过一系列关联模块来表示机构系统,在仿真时通过SimMechanics可视化工具将机构系统简化为机构结构的直观显示。
SimMechanics模块SimMechanics模块组提供了建模的必要模块，可以直接在Simulink中使用。
SimMechanics支持用户自定义的构件模块，可以设定质量和转动惯量。
通过节点联接各个构件来表示可能的相对运动，还可以在适当的地方添加运动约束、驱动力。
•模块组包含刚体子模块组（Bodies）、约束与驱动模块组（Constraints&Drivers）、力单元模块组（Force Elements）、接口单元模块组（Interface Elements）、运动铰模块组（Joints）及传感器和激励器模块组（Sensors&Actuators）和辅助工具模块组（Utilities）。
刚体子模块组（Bodies）约束与驱动模块组（Constraints&Drivers）力单元模块组（Force Elements）接口模块组（Interface Elements）运动铰模块组（Joints）传感器与激励器模块组（Sensors&Actuators）辅助工具模块组（Utilities ）刚体子模块组（Bodies）•此模块组包括四个模块：刚体（Body）、机架（Ground）机械环境（Machine Enviroment）和共享机械环境（Shared Enviroment ）。
•机械环境是为仿真定义环境变量。
包含有重力、维数、分析模式、约束求解器、误差、线性化和可视化。
matlab中simmechanics的用法
matlab中simmechanics的用法摘要：1.简介2.SimMechanics 在机械臂建模与仿真中的应用3.SimMechanics 的基本用法4.SimMechanics 的高级功能及详细属性5.总结正文：1.简介Matlab 是一种广泛应用于科学计算和工程设计的语言，其强大的仿真功能能够帮助用户对各种系统进行建模和模拟。
在机械工程领域，SimMechanics 是Matlab 中的一个重要工具，可以用于机械臂的建模和仿真。
2.SimMechanics 在机械臂建模与仿真中的应用SimMechanics 可以帮助用户对机械臂进行建模，包括机械臂的结构、关节、驱动器等部分。
通过SimMechanics，用户可以方便地对机械臂进行运动学和动力学分析，以及进行轨迹规划和关节控制。
在建模过程中，用户需要首先定义机械臂的结构，包括各个关节和连杆。
然后，用户可以通过设置关节的角度和驱动器的力矩来控制机械臂的运动。
在仿真过程中，用户可以通过SimMechanics 提供的函数对机械臂的运动进行模拟，并观察其运动轨迹和动力学特性。
3.SimMechanics 的基本用法SimMechanics 的基本用法包括以下几个步骤：首先，用户需要创建一个机械臂的模型，包括各个关节和连杆。
在创建模型时，用户需要指定关节的类型、大小和位置，以及连杆的材料和截面形状。
其次，用户需要定义关节和连杆的边界条件，包括关节的转动范围和连杆的长度。
这些边界条件将影响机械臂的运动范围和运动轨迹。
最后，用户需要设置关节和驱动器的参数，包括关节的角度和驱动器的力矩。
通过调整这些参数，用户可以控制机械臂的运动，并观察其运动轨迹和动力学特性。
4.SimMechanics 的高级功能及详细属性除了基本的建模和仿真功能外，SimMechanics 还提供了许多高级功能和详细属性，可以帮助用户更深入地分析机械臂的运动特性。
例如，用户可以通过SimMechanics 进行机械臂的静态和动态分析，以及计算关节和连杆的惯性矩和转动惯量。
SimMechanics简介及建模流程
SimMechanics简介及建模流程SimMechanics简介及建模流程SimMechanies是Matlab/simulink下的一个子模块，如图4.1所示。
它由七个部分组成，分别是Bodies、Constraints&Drivers、ForeeElements、InterfaeeElements、Joints、Sensors&Actuators 和Utilities。
以上七个部分包括了建模用到的所有模块，其中，最基本的模块是Bodics和Joints。
Bodies中包含刚体、接地和机械系统环境三个模块，joints中包含了各种接头，这些接头包括了平移、旋转等各种运动副。
Sensors&Actuators用于对机械系统外加驱动力或测量系统上的参数，它们是将SimMechanis中的模块与Simulink普通模块联系起来的中介。
在SimMeehanics模型中，刚体是机械系统最基本的构成要素。
表示刚体的模块Ground和Body两种。
Ground模块用来表示质量和尺寸无穷大的刚体，通常作为整个机械系统的参照物地面，整个系统的基架通常都与Groimd模块连接表示固定在地面上。
Body模块用来表示具有有限质量和尺寸的刚体，并且在模块中还包含有与这个刚体所固联的坐标系。
刚体之间通过jnini连接在一起，模块里的接头和我们通常所说的物理上的接头不同，接头只是代表一个刚体相对于另一个刚体具有一定数目的自由度，而它们在物理上可以是没有连接关系的。
joint的种类很多，一般来讲，这些接头都是由4种最基本类型的关节组合而成的：Prismati(P)代表沿定轴具有一个平移自由度；Revolut(R)代表绕定轴具有一个旋转自由度；Spherical(S)代表绕一个固定点具有3个旋转自由度；weld(W)代表焊接连接具有0个自由度。
这些最基本的关节组合起来就形成了具有多个平移和旋转自由度的复合接头。
基于Solidworks创建的机械手的SimMechanics仿真
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2016/12/19 10:3动过程
现代制造技术与装备
２０１６ 第 １１ 期 总第 ２４０ 期
入 SimMechanics，进行仿真优化。
旋转角速度 W23(deg/s) 旋转角速度 W22(deg/s) 旋转角速度 W21(deg/s) 旋转角速度 W13(deg/s) 旋转角速度 W12(deg/s) 旋转角度 θ12(deg) 手指 1 中指节运动曲线 50 0 -50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间 T(s) 手指 1 远指节运动曲线 20 0 -20 旋转角加速度 2 2 2 2 旋转角加速度 α21(deg/s ) 旋转角加速度 α13(deg/s ) 旋转角加速度 α12(deg/s ) α23(deg/s2) 旋转角加速度 α22(deg/s ) 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间 T(s) 1 0 ×104
图 6 展示了机械手的整个运动过程。初始状态时，机械 手三指摊开；在 0 ～ 3s 内，手指 2 和 3 绕着各自的近指节 关节旋转 180°，至三指并拢，如图６（c）所示；3 ～ 6s， 三手指同时向掌心弯曲， 做抓取状 ； 6 ～ 10s， 三手指重新张开。
-1 -2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间 T(s) ×104
图 ４ Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 装配体转换流程图 图 ２ 机械手三视图 图 ３ 机械手 Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 三维装配图
手指 1 近指节 Y X 手指 3 手指 2 Z 中指节
近指关节可绕 Z 轴旋转一定角度；三个手指的中指节和远 指节都为旋转副关节，可绕 X 轴旋转。
基于SimMechanics的SCARA机器人建模与运动仿真
• 8•针对NII公司的NS5-450型SCARA机器人运动姿态解和轨迹规划的优化选择问题，基于D-H法建立了机器人运动学模型，根据机器人运动学逆解，利用多项式插值法计算得到机器人运动轨迹，并在SimMechanics中导入三维模型进行了机械运动仿真。
通过对SCARA机器人的仿真结果分析，验证了该建模以及仿真方法与实际效果的一致性。
1 引言SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)机器人，也叫平面关节型机器人。
通常采用RRPR 结构，包含四个自由度。
自1978年问世以来，以其高速、短周期、先进的路径精度控制和可控的柔顺性在制造业中得到了广泛的应用。
SCARA 机器人执行轻型任务可以实现高度的柔韧性、灵活性，提高生产率。
SCARA 的轻型应用包括产品检验、触摸板评估、运输硅晶片外壳、固紧螺丝、堆叠电子元件、将元件插入印刷电路板、攻丝、倒棱、去毛刺、钻孔、焊接、粘合、包装、自动线的装卸零件等（Saravana Mohan Mariappan,Anbumalar Veerabathiran.Modelling and simulation of multi spindle drilling,redundant SCARA robot using SolidWorks and,MATLAB/SimMechanics:Revista Facultad De Ingenieri a,2016；John Graig.Introduction to Robotics:Mechanics and Control:Pearson,2018）。
目前市面上已经存在许多应用较为成熟的SCARA 机器人，本文对NII NS5-450型SCARA 机器人分析其机械结构，获取D-H 参数并建立其正、逆运动学模型，用多项式插值进行轨迹规划，最后利用Matlab/SimMechanics 进行运动仿真，确定了机器人的运行效果以及建模以及仿真方法与实际机器人的一致性。
基于Matlab_SimMechanics的机电产品组成建模与仿真技术研究
收稿日期:2003-05-06基金项目:国家自然科学基金资助项目(59875058)文章编号:1006-2343(2003)05-010-03基于M atlab -Sim M echanics 的机电产品组成建模与仿真技术研究田永利, 邹慧君, 郭为忠, 叶志刚, 李瑞琴(上海交通大学 机械与动力工程学院,上海 200030)摘 要:分析了目前几种产品建模方法的特点。
比较了机电一体化产品组成的现有划分方法。
针对以广义执行机构为主功能的机电一体化产品组成划分,提出了结合M atlab 软件的SimMechanics 工具箱建立机电一体化产品的广义执行机构模型、传感器模型和控制策略模型的机电产品组成对象建模的方法,为机电一体化产品方案生成后的进一步仿真分析奠定了基础。
文章以特定的机电一体化产品)))家用多功能缝纫机的横针机构子系统为例,阐明了这种建模方法和仿真技术的具体应用,取得了较好的效果。
关键词:建模;仿真;机电一体化;仿真模型;广义执行机构中图分类号:T H112;T B21 文献标识码:A 随着市场竞争的日益激烈,产品上市周期越来越短,在更短的周期内推出性能更好、更迎合客户需求的机电产品成为厂家的追求目标。
用户通过仿真建模环境所提供的良好的人机交互图形界面,建立仿真软件所支持的产品模型,可以实现机电一体化产品方案确立后的快速仿真分析及反馈,及时对设计方案进行改进和优化。
1 仿真建模环境分析机电一体化产品的建模指的是组成机电一体化产品的物理对象的建模,也就是物理实体的建模,将机电一体化产品按照其组成部分在计算机中用适当的模型表达出来。
这种在计算机中表达的物理模型,还必须易于转化为数学描述(容易转化为计算机可执行的计算机码),以实现物理模型的计算机仿真。
目前支持机电产品建模和仿真的商业软件按其建模方法主要分为三种:¹基于键合图(Bond Graph )的建模方法[1]。
如20-sim 、symbols2000和BondL ab 等软件[2]。
matlab 仿真 2-3 SimMechanics
（4） 约束与驱动模块组 Constraint & Drive
2.3.2 构造仿真机构模型的基本步骤
（1） 选择Ground,Body和Joint模块。 （2） 定位和连接各模块。Ground —Joint — Body — Joint —Body — ... — Body （3） 设置Body模块。 （4） 设置Joint模块。 （5） 选择连接和定义约束。 （6） 选择连接和定义驱动器模块，传感器模块。 （7） 封装成子系统。
2.3.1 SimMechanics基本模块
刚 体 约束 驱动 力 单 元 运 动 副 检 测 驱 动 辅 助 工 具
2.4.1 SimMechanics基本概念
1) 功能模块 （1） 刚体，坐标系， Bodies, Coordinate Systems, Joints, and Constraints SimMechanics支持由质量和惯量定义的用 户模块。 SimMechanics自动建立惯性坐标系(CS)称为 世界坐标，也可以建立自己的局部坐标系 CSs: 大地坐标Grounded CSs 刚体坐标Body CSs
例1：单摆（Pendulum）
例2：曲柄(bar_1)
例3：曲柄连杆机构
qubing_liangan_single
作业
设计曲柄连杆机构的SimMechanics程序
曲柄均匀杆，长：300mm，重：2kg 连杆均匀杆，长：600mm，重：6kg 滑快中心高：50mm，重一组可以在Simulink 环境下使用的 特殊模块库。可以通过特殊的Sensor模块和Actuator 模块与一般的Simulink模块相连接，利用牛顿动力学 中力和转矩等基本概念，对各种运动副连接的刚体进 行建模与仿真，实现对机构系统进行分析设计的目的。 SimMechanics可以仿真三维系统的平移和转动运 动，提供了一系列工具求解带有静力学约束、坐标系 变换等在内的机构系统的运动问题，并利用虚拟现实 工具箱提供的功能显示机构系统运动的动画示意图。
SimMechanics建模仿真
模块组刚体子模块组（Bodies）、约束与驱动模块组（Constraints&Drivers）、力单元模块组（Force Elements）、接口单元模块组（Interface Elements）、运动铰模块组（Joints）及传感器和激励器模块组（Sensors&Actuators）和辅助工具模块组（Utilities）。
1刚体子模块组（Bodies）：此模块组包括四个模块：刚体（Body）、机架（Ground）机械环境（Machine Enviroment）和共享机械环境（Shared Enviroment）。
刚体有两个连接端，其中一个为主动端，另一端为从动端。
使用刚体时可以定义质量、惯性矩、坐标原点、刚体的初始位置和角度。
机架只有一个连接端，另外一个固定。
机械环境是为仿真定义环境变量。
包含有重力、维数、分析模式、约束求解器、误差、线性化和可视化。
共享环境联接两个刚体模块使他们享有相同的机械环境。
2约束与驱动模块组（Constraints&Drivers）Angle Driver：设定两个刚体坐标间的角度。
Distance Driver：设定两个坐标原点的距离。
Gear Constraint：齿轮约束。
Linear Driver：确定两个刚体坐标间的向量差。
Parallel Constrant：平行约束。
Point-Constraint：曲线约束。
Velocity Driver：确定两个刚体坐标间的相对线速度和角速度。
3力单元模块组（Force Elements）Body Spring&Damper：在两个刚体之间施加线性阻尼振子。
Joint Spring&Damper：在两个刚体间的单自由度铰或单自由度转动铰建立一个线性阻尼振荡力或力矩。
4接口模块组（Interface Elements）分别提供移动副接口和转动副接口。
5运动铰模块组（Joints）此模块组中提供了各种运动铰，利用这些运动铰就可以将刚体构件连接起来。
机械装置的动力学建模与仿真
机械装置的动力学建模与仿真机械装置的动力学建模与仿真在工程设计和开发过程中起着重要的作用。
通过建立准确的模型并进行仿真分析，可以帮助工程师理解装置的运行原理、优化设计方案以及预测装置的性能。
本文将介绍机械装置动力学建模的基本步骤，并探讨一些常见的仿真工具和技术。
一、动力学建模的基本步骤1. 收集必要的信息：在进行动力学建模之前，需要收集装置的几何参数、材料特性、工作原理以及运动学关系等必要的信息。
这些信息将为建模提供基础。
2. 建立运动学模型：通过分析装置的结构和运动关系，建立装置的运动学模型。
常用的方法包括关节链法、参数法和齐次变换矩阵等。
3. 确定力学模型：根据物体的几何形状和运动学模型，应用牛顿定律、欧拉-拉格朗日方程或混合方法，建立机械装置的力学模型。
这一步骤需要考虑装置的质量、惯性矩阵、非线性元素和外部力矩等因素。
4. 选择仿真工具：根据实际情况选择合适的仿真工具。
常见的仿真软件包括MATLAB/Simulink、ADAMS和MATLAB/SimMechanics等。
5. 模型验证与参数优化：将建立的动力学模型导入仿真工具，并进行仿真验证。
通过与实际测试数据的对比，调整模型参数以提高仿真精度。
二、常见的仿真工具和技术1. MATLAB/Simulink：MATLAB/Simulink是一种强大的建模与仿真工具，广泛应用于工程领域。
它提供了丰富的建模函数和图形界面，可以方便地进行系统级建模和仿真。
2. ADAMS：ADAMS是一款专业的力学仿真软件，适用于复杂机械系统的动力学建模和仿真分析。
它具有强大的运动学和动力学求解能力，可以模拟多体系统的运动行为。
3. MATLAB/SimMechanics：SimMechanics是MATLAB的一个工具箱，专门用于机械系统的建模和仿真。
它基于物体的连接关系，采用基于物体图的建模方法，并可以与MATLAB/Simulink进行无缝集成。
4. 虚拟现实技术：虚拟现实技术可以提供沉浸式的仿真环境，使工程师更直观地观察和分析机械装置的运行情况。
基于SimMechanics的剪叉平台机构建模及仿真
第６期（总第１７５期）２０１２年１２月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．６Ｄｅｃ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０６－００５１－０３基于ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ的剪叉平台机构建模及仿真黄正豪，王显会，安超群（南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 ２１００９４）摘要：针对剪型高空作业平台的剪叉平台机构，应用ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ仿真工具箱建立该机构的机械系统动力学仿真模型并进行仿真计算，得到了平台在起升过程中任意时刻的位置、速度和加速度曲线以及驱动油缸的受力曲线。
并介绍了使用ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ对类似复杂机械系统进行建模和仿真的方法，为剪叉平台机构的计算机建模和仿真提供了一种新的手段和方法。
关键词：剪型高空作业平台；ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ；动力学仿真中图分类号：ＴＰ３９１．７∶ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ收稿日期：２０１２－０４－２７；修回日期：２０１２－０８－１１作者简介：黄正豪（１９８０－），男，安徽潜山人，在读硕士研究生，研究方向：工程机械虚拟样机技术。
１ 剪叉平台机构图１为剪叉平台机构示意图。
该剪叉平台机构主要由平台、剪叉臂、液压缸等组成。
其中，两个剪叉臂对称布置于平台两侧，每一个剪叉臂由４对钢管铰接而成。
剪叉臂的下端安装在机架（或者车辆底盘）上，上端安装在平台底部，如图１中，剪叉臂Ａ端与机架（或者车辆底盘）铰接，Ｂ端与机架（或者车辆底盘）滑槽中的滑块铰接，Ｃ端与平台铰接，Ｄ端与平台底部滑槽中的滑块铰接；另一个剪叉臂与此相同。
两个剪叉臂通过上、下横杆连接在一起，液压缸的两端点安装于上、下横杆的中点处。
当液压缸受液压力作用时，液压缸向外伸长并驱动剪叉臂实现平台升高，平台下降时利用平台及负载的重力，通过液压系统节流调速实现下降。
图１ 剪叉平台机构示意图（正视图）为了建模时表述方便，与图１中１～８号剪叉杆对称布置的剪叉杆标号为９～１６。
SimMechanics物理建模
今天学习了使用SimMechanics进行多体动力学仿真1、SimMechanics为三维机械系统建模提供了模块库。
可以使用库里的各个模块来联合定义机械零件，也可以设置零件的几何结构、质量、惯量，以及他与其他零件相连的方式，也可以将定义好的零部件打包封装成一个子系统，把它作为一个现成的零件，通过关节（joint模块）与其他的零件组装起来。
2、SimMechanics提供3D视图，方便模型查看，动画形象的演示仿真结果。
可以在模型查看器里改变模型查看的视角，也可以设置动画回放的速度，通过树状浏览器或直接在3d 视图上查看各个零件关节定义、连接、组装等。
3、SimMechanics模型可以与控制器以及其他物理模型相连。
一、使用SimMechanics1、构造零件（1）使用预定义形状的刚体模型（长方体、圆柱体、球体等）（2）在MATLAB里定义拉伸截面形状（复杂零件）2、参数化零件（1）MATLAB变量（2）定义模块参数设置界面3、使用关节连接零件（1）关节测量和驱动（2）控制装置剪式提升机建模模型：先创建其中一个连杆，它有三个连接点，可以通过模块图表示。
该连杆定义好后，将它封装成一个子系统，可以利用直接封装好的子系统定义另一侧连杆，在通过轴模块将其装配起来。
需求：在Simulink环境下使用可重用的零件来搭建剪式提升机模型。
解救方案：使用SimMechanics来搭建机械系统模型。
因为连杆是模型中最常用的零件，可以将下图部分封装为子系统封装完成后：双击子系统可以设置其端口：（待续）继续可以增加端口、设置端口位置、定义端口名字将转动关节模块加入模型中，与连杆的前段连接起立，如下图：更新模型（Ctrl+D）由于重力加速度g沿Z轴负方向，需要将单摆绕X轴旋转90度，单摆即可旋转。
利用创建的子系统，可以直接复制另一根连杆两个连杆重合在一起，应该在其中间添加轴模块，利用模型库，库里有预定义的各种零件二、用MATLAB构造自定义外型模块、构造定义参数化零件以及驱动关节1.在SimMechanics里定义刚体结构（1）定义具有标准形状的刚体结构，但通常需要定义的刚体结构外型比较复杂，或有一些特征需要表现出来需求:需要在SimMechanics定义具有更多外形细节的零部件解决方案：组合多个标准形状的刚体或使用MATLAB来为拉伸或旋转定义复杂的截面形状由两个块状零件和一个轴组成，外形较复杂，可以使用solid模块和坐标转换模块整合为一个整体来表示，需要考虑该整体与其它零件的连接，所以要设置相应的连接端口这个零件需要用MATLAB函数来定义其拉伸截面再通过Rigid Transform将其整合在一起，再定义端口。
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——机械系统建模和仿真
SimMechanics集成于Simulink之中，是进行控制器和对象系统跨领域/学科的研究分析模块集。
SimMechanics为多体动力机械系统及其控制系统提供了直观有效的建模分析手段，一切工作均在Simulink环境中完成。
它提供了大量对应实际系统的元件，如：刚体、铰链、约束、坐标系统、作动器和传感器等。
使用这些模块可以方便地建立复杂图形化机械系统模型，进行机械系统的单独分析或与任何Simulink设计的控制器及其它动态系统相连进行综合仿真。
SimMechanics是Simulink物理建模产品家族的一员，该产品系列扩展了Simulink的建模能力，利用它们做出的模型仍能与传统Simulink模块所
建立的模型相融合。
特点
•提供了三维刚体机械系统的建模环境
•包含了一系列分析机械运动和设计机
械元件尺寸的仿真技术
•完整的建模层次，允许机械模型模块与
其它类型模块结合使用
•可在Simulink中建立高精度、非线性的模型以支持控制系统的开发和测试。
•SolidWorks转换器可以通过CAD工具定义机械模型
•包括各种铰链和约束形式
•可对平移运动和旋转运动，力和力矩进行建模、分析
•提供平衡点和线性化工具以支持控制系统设计
•使用Virtual Reality Toolbox或MATLAB®图形（Handle Graphics®）支持机械系统可视化及动画显示
•可进行系统的运动学和正向、逆向动力学分析
•使用O(n)递归求解多体动力学系统运动方程
•为模型定义提供多种本地坐标系统
强大功能
在Simulink环境中进行的动力学研究
使用Simulink集成化的图形界面建立机械多体动力学系统的模型并进行仿真。
SimMechanics使得用户可以方便地修改系统中的物理参数，包括位置，方位角和机械元件运动参数等。
使用Simulink变步长积分法可以得到较高的计算精度。
Simulink的过零检测功能以双精度数据水平判定和求解不连续过程，对于机械系统中存在的静摩擦和机械硬限位等情况建模具有重要的意义。
SimMechanics模型可与Simulink的控制系统模型方便地结合，在同一个环境中对控制器和被控对象建模。
机械系统建模
SimMechanics系统包含如下子系统：
•使用Simulink查表模块和SimMechanics传感器和作动器定义的非线性的弹性单元
•用来定义航空器件压力分布的空气动力学拖曳模块，例如副翼和方向舵•主动车辆悬架系统，例如防侧翻机械装置和控制器
•为飞行器和地面车辆设计的轮胎
•SimMechanics系统包含如下模块：
•具有质量的实体单元；
•平移和旋转联接铰链单元；
•向机械系统提供力和力矩作用的作动器单元，可接受Simulink模型的信号；
•测量机械系统运动物理量的
传感器单元，可向Simulink模
型输出信号。
机械系统动画显示
SimMechanics中可以用Virtual
Reality工具箱或是MATLAB图形方式
生成系统三维动画。
MATLAB图形方式
能提供基本的动画显示，Virtual
Reality工具箱则能提供更加高级、真实
的动画。
两种工具都可以用来显示机械
系统的数值分析结果。
实体、铰链、约束和坐标系统
SimMechanics支持任意数量的
实体。
实体通过质量属性，坐标系统定
义，并通过铰链与其它实体相连。
可以在系统的运动实体上添加相应的运动约束。
约束通过使用Simulink 信号限定实体，并以时间函数的形式驱动实体运动来实现。
SimMechanics界面为定义坐标系统，约束和驱动条件以及力/力矩的定义提供了多种方式。
包括：
•在实体上连接多个本地坐标，用于施加作用条件和测量物理量
•通过添加自己订制的模块来定制扩展铰链库
•在SimMechanics模块中使用MATLAB表达式和Simulink工具
作动器和传感器
Simulink和SimMechanics模块之间的联系通过作动器和传感器模块来完成。
作动器使用Simulink信号来指定实体或铰链上的力和运动。
包括：
•指定实体或铰链的运动参数，如按某种时间函数变化的位移、速度或加速度
•用Simulink信号（包括系统中传感器的反馈信号）指定力和力矩并施加在实体或铰链上
•检测由不连续摩擦力引起的离散事件
•计算系统的初始状态（位移和速度），用于动力学仿真
•传感器模块用来检测实体和铰链的运动参数，并输出为Simulink信号。
包括：
•在Simulink示波器模块中显示系统的位移、速度和加速度
•监视系统中的作用力
机械运动的仿真和分析
SimMechanics为机械系统
提供了如下仿真/分析方式：
•正向动力学分析—求
解机械系统在给定激励下的
响应；
•逆向动力学分析—求
解机械系统在给定运动结果
时所需的力和力矩；
•运动学分析—在约束
条件下求解系统中的位移、
速度和加速度，并做一致性
检查；
•线性化分析—可求得
系统在指定小扰动或初始状态下的线性化模型，以分析系统响应性能；
•平衡点分析—可以确定稳态平衡点，供系统分析和线性化使用。
代码生成
使用Real-Time Workshop工具可以对SimMechanics模型进行自动代码生成，用户利用生成的代码实现下列功能：
•建立SimMechanics模型相对应的可执行文件，可以集成到C程序和其它MATLAB程序中的可执行文件
•将SimMechanics模型下载到实时的处理器中进行硬件在回路仿真
•对C代码进行编译以提高模型的运算速度
利用SolidWorks将CAD组件导入SimMechanics
SimMechanics包含了可以将SolidWorks中的CAD组件自动地转为SimMechanics模型的转换器，用户只需要简单的将SolidWorks中的CAD组件存为SimMechanics中的XML文件就能够完成模型的转化。
SolidWorks-to-SimMechanics转换器输出组件中每部分的质量和惯量并且在SimMechanics创造相应的部分。
转换器同时会查询SimMechanics 中的配合精度以便自动地将SimMechanics的各个部分连接起来。
SolidWorks-to-SimMechanics转换器可免费下载。
需要的产品
使用SimMechanics需要
•MATLAB
•Simulink
•Simscape
相关产品
•Real-Time Workshop
•SimPowerSystems
•Simulink Control Design
•Virtual Reality Toolbox。