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1、4.SimMechanics4.SimMechanics建模建模及机构系统仿真及机构系统仿真4.1 SimMechanics简介4.2 SimMechanics模块4.3 SimMechanics建模4.4 机构动态仿真实例分析1技术研究4.1 SimMechanics4.1 SimMechanics简介简介 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。2
2、技术研究4.2 SimMechanics4.2 SimMechanics模块模块 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。3技术研究模块组包含刚体子模块组（模块组包含刚体子模块组（BodiesBodies）、约束与驱）、约束与驱动模块组（动模块组（Constraints&DriversConstraints&Drivers）、力单元模块）、力单元模块组（组（Force ElementsForce
3、 Elements）、接口单元模块组）、接口单元模块组（Interface ElementsInterface Elements）、运动铰）、运动铰 模块组（模块组（JointsJoints）及）及 传感器和激励器模块组传感器和激励器模块组 （Sensors&ActuatorsSensors&Actuators） 和辅助工具模块组和辅助工具模块组 （UtilitiesUtilities）。）。4技术研究4.2.1 刚体子模块组（Bodies）4.2.2 约束与驱动模块组（Constraints&Drivers）4.2.3 力单元模块组（Force Elements）4.2.4 接口模块组（In
4、terface Elements）4.2.5 运动铰模块组（Joints）4.2.6 传感器与激励器模块组（Sensors&Actuators）4.2.7 辅助工具模块组（Utilities）5技术研究4.2.1 4.2.1 刚体子模块组（刚体子模块组（BodiesBodies）双击此模块，弹出模块组，此模块组包括四个模双击此模块，弹出模块组，此模块组包括四个模块：刚体（块：刚体（BodyBody）、机架（）、机架（GroundGround）机械环境）机械环境（Machine EnviromentMachine Enviroment）和共享机械环境）和共享机械环境（Shared Envirom
5、entShared Enviroment）。）。机械环境是为仿真定义环境变量。包含有重力、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。机架只有一个连接端，相同的机械环境。机架只有一个连接端，另外一另外一个固定。个固定。6技术研究 刚体有两个连接端，其中一个为主动端，另一刚体有两个连接端，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、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
6、位置和角度。坐标原点、刚体的初始位置和角度。7技术研究双击该模块组，弹出双击该模块组，弹出如图所示。如图所示。4.2.2 4.2.2 约束与驱动模块组约束与驱动模块组 （Constraints&DriversConstraints&Drivers）8技术研究Angle DriverAngle Driver：设定两个刚体坐标间的角度。：设定两个刚体坐标间的角度。Distance DriverDistance Driver：设定两个坐标原点的距离。：设定两个坐标原点的距离。Gear ConstraintGear Constraint：齿轮约束。：齿轮约束。Linear DriverLinear D
7、river：确定两个刚体坐标间的向量差。：确定两个刚体坐标间的向量差。Parallel ConstrantParallel Constrant：平行约束。：平行约束。Point-ConstraintPoint-Constraint：曲线约束。：曲线约束。Velocity DriverVelocity Driver：确定两个刚体坐标间的相对线：确定两个刚体坐标间的相对线速度和角速度。速度和角速度。9技术研究4.2.3 4.2.3 力单元模块组（力单元模块组（Force ElementsForce Elements）Body Spring&DamperBody Spring&Damper：在两个刚
8、体之间施加线性：在两个刚体之间施加线性阻尼振子。阻尼振子。Joint Spring&DamperJoint Spring&Damper：在两个刚体间的单自由度：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铰或单自由度转动铰建立一个线性阻尼振荡力或力矩。力矩。10技术研究 4.2.4 4.2.4 接口模块组（接口模块组（Interface ElementsInterface Elements）双击模块弹出图示模块组双击模块弹出图示模块组分别提供移动副接口和转动副接口。分别提供移动副接口和转动副接口。11技术研究4.2.5 4.2.5 运动铰模块组运动铰模块组（JointsJo
9、ints）双击模块，弹出图示模块组。双击模块，弹出图示模块组。12技术研究此模块组中提供了各种运动铰，利用这些运动铰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。分别有就可以将刚体构件连接起来。分别有BearingBearing（三（三个方向转动）、个方向转动）、BushingBushing（三个方向移动，三个方（三个方向移动，三个方向转动）、向转动）、Custom JointCustom Joint（自定义铰）、（自定义铰）、CylindricalCylindrical（柱面铰）、（柱面铰）、GimbalGimbal（万向铰，旋转（万向铰，旋转三个角度）、三个角度）、I
10、n-planeIn-plane（平面内移动）、（平面内移动）、PlanarPlanar（平面铰）、（平面铰）、PrismaticPrismatic（单自由运动铰）、（单自由运动铰）、RevoluteRevolute（单自由转动铰）、（单自由转动铰）、ScrewScrew（螺旋铰）、（螺旋铰）、Six-DoFSix-DoF（六自由度）、（六自由度）、SphericalSpherical（球面铰，三（球面铰，三个自由度）、个自由度）、TelescopingTelescoping（一个方向移动一个方（一个方向移动一个方向转动）、向转动）、UniversalUniversal（万向铰，旋转两个角度）、
11、（万向铰，旋转两个角度）、WeldWeld（刚节点）。（刚节点）。13技术研究打开其中包含的两个子模块组打开其中包含的两个子模块组Disassembled Disassembled JointsJoints和和Massless ConnectorsMassless Connectors。1.1.双击双击Disassembled JointsDisassembled Joints，弹出如图模块组，弹出如图模块组，其中模块是分解后的铰，不同于其中模块是分解后的铰，不同于JointsJoints中对应的中对应的铰，它们有不同的基准点。铰，它们有不同的基准点。14技术研究2.2.双击双击Massles
12、s ConnectorsMassless Connectors，弹出如图模块组，弹出如图模块组，其中模块是其中模块是JointJoint中对应的铰的组合。中对应的铰的组合。15技术研究4.2.6 4.2.6 传感器与激励器模块组传感器与激励器模块组（Sensors&ActuatorsSensors&Actuators）双击模块，弹出图示模块组。该模块组中的模块双击模块，弹出图示模块组。该模块组中的模块用来和普通的用来和普通的SimulinkSimulink模块进行数据交换。模块进行数据交换。16技术研究Body ActuatorBody Actuator：通过广义力或力矩来驱动刚体。：通过广义
13、力或力矩来驱动刚体。Body SensorBody Sensor：刚体检测模块。：刚体检测模块。Constraint&Drivr SensorConstraint&Drivr Sensor：检测一对受约束刚体：检测一对受约束刚体间的力或力矩。间的力或力矩。Driver ActuatorDriver Actuator：对一对互相约束的刚体施加相：对一对互相约束的刚体施加相对运动。对运动。Joint ActuatorJoint Actuator：在铰链处施加力或力矩。：在铰链处施加力或力矩。Joint Initial ConditionJoint Initial Condition：在仿真之前给铰
14、施加：在仿真之前给铰施加初始位移和速度。初始位移和速度。17技术研究Joint SensorJoint Sensor：铰检测模块。：铰检测模块。Joint Stiction ActuatorJoint Stiction Actuator：给铰施加初始位移和：给铰施加初始位移和速度。速度。Variable Mass&Inertia ActuatorVariable Mass&Inertia Actuator：在一个坐标：在一个坐标系中，刚体的质量随时间变化。系中，刚体的质量随时间变化。18技术研究4.2.7 4.2.7 辅助工具模块组（辅助工具模块组（UtilitiesUtilities）双击模
15、块弹出图示模块组双击模块弹出图示模块组19技术研究Connection PortConnection Port：子系统物理建模连接端口。：子系统物理建模连接端口。Continuous AngleContinuous Angle：将传感器输出的非连续、有：将传感器输出的非连续、有界角度转换成无界连续的角输出。界角度转换成无界连续的角输出。Convert from Rotation Matrix to Virtual Convert from Rotation Matrix to Virtual Reality ToolboxReality Toolbox：将：将3*33*3的旋转矩阵转换成等价的
16、旋转矩阵转换成等价的的VRMLVRML（虚拟现实语言）的旋转轴和角的形式。（虚拟现实语言）的旋转轴和角的形式。Mechanical Branching BarMechanical Branching Bar：将多个：将多个sensor/actuatorsensor/actuator映射为铰（映射为铰（JointJoint）、约束）、约束（ConstraintConstraint）、驱动器（）、驱动器（DriverDriver）或刚体坐标）或刚体坐标的系统的一个的系统的一个sensor/actuatorsensor/actuator端口。端口。20技术研究4.3 SimMechnics4.3 S
17、imMechnics建模建模 1. 1.建模基本步骤建模基本步骤 不管模型有多么复杂都可以用同样的步骤建不管模型有多么复杂都可以用同样的步骤建立模型。这些步骤有些类似建造一个立模型。这些步骤有些类似建造一个SimulinkSimulink模模型。型。 （1 1）选择）选择GroudGroud、BodyBody、和、和JointJoint模块：从模块：从BodiesBodies和和JointsJoints模块组中拖放建立模型所必需的模块组中拖放建立模型所必需的BodyBody和和JointJoint模块，还包括模块，还包括Machine EnvironmentMachine Environmen
18、t模块和至少一个模块和至少一个GroundGround模块到模块到SimulinkSimulink窗口中。窗口中。其中各个模块介绍如下：其中各个模块介绍如下：21技术研究Machine EnvironmentMachine Environment模块是用来设定机器的机械模块是用来设定机器的机械参数设置。参数设置。GroundGround模块表示将一个系统固结在一个惯性系统模块表示将一个系统固结在一个惯性系统中。中。BodyBody模块就表示刚体构件。模块就表示刚体构件。JointJoint模块表示互相连接构件之间的相对运动。模块表示互相连接构件之间的相对运动。 （2 2）定位于联接模块：将）定
19、位于联接模块：将JointJoint和和BodyBody模块拖模块拖放到适当的位置，然后按正确的顺序将它们依次放到适当的位置，然后按正确的顺序将它们依次连接起来，可参考如下形式：连接起来，可参考如下形式： Machine EnvironmentMachine EnvironmentGroundGroundJointJointBodyBodyJointJointBody-Body-Body-Body22技术研究 整个系统可以是一个开环的或者是闭环的拓整个系统可以是一个开环的或者是闭环的拓扑结构，但至少有一个构件是扑结构，但至少有一个构件是GroundGround模块，而且模块，而且有一个环境设置
20、模块直接与其相连。有一个环境设置模块直接与其相连。 一个构件可能不止两个铰（一个构件可能不止两个铰（JointJoint），即可以），即可以产生分支。但是一个较只能连接两个构件。产生分支。但是一个较只能连接两个构件。 （3 3）配置）配置BodyBody模块：双击模块，打开参数对话模块：双击模块，打开参数对话框，配置质量属性（质量和惯性矩），然后确定框，配置质量属性（质量和惯性矩），然后确定BodyBody模块和模块和GroundGround模块与整体坐标系或其他坐标模块与整体坐标系或其他坐标系之间的关系。系之间的关系。 （4 4）配置）配置JointJoint模块：双击模块，打开参数对模块：
21、双击模块，打开参数对话框，设置移动或转动轴，或球面铰结点等。话框，设置移动或转动轴，或球面铰结点等。23技术研究 （5 5）选择、连接和配置）选择、连接和配置ConstraintConstraint模块和模块和DriverDriver模模块：从它们的模块库中添加模块到模型窗口中，打块：从它们的模块库中添加模块到模型窗口中，打开并配置它们每一个对话框，为了限制或驱动开并配置它们每一个对话框，为了限制或驱动Constraint/DriverConstraint/Driver所连接的两个构件的相对运动。所连接的两个构件的相对运动。 （6 6）选择、连接和配置）选择、连接和配置ActuatorActu
22、ator和和SensorSensor模块：模块：从对应的模块库中添加所需模块至模型窗口，并依从对应的模块库中添加所需模块至模型窗口，并依次连接。通过次连接。通过ActuatorActuator模块确定控制信号，通过模块确定控制信号，通过SensorSensor模块测量运动。模块测量运动。ActuatorActuator、SensorSensor模块实现模块实现SimMechanicsSimMechanics模块与模块与SimulinkSimulink模块的连接。利用这模块的连接。利用这两个模块就能够达到与两个模块就能够达到与SimulinkSimulink环境实现信号传递。环境实现信号传递。
23、24技术研究 同时，同时，ActuatorActuator模块从模块从SimulinkSimulink模块接受信号模块接受信号（如（如SourcesSources模块库）来激励机构运动。模块库）来激励机构运动。SensorSensor模模块的输出端口向块的输出端口向SimulinkSimulink中输出信号（中输出信号（SinksSinks模块模块库），反馈输出结果。库），反馈输出结果。 （7 7）装入子系统：在）装入子系统：在SimMechanicsSimMechanics模块建造模块建造的系统完成后就可以装入子系统作为一个模块进的系统完成后就可以装入子系统作为一个模块进行调用，就如同行调用
24、，就如同SimulinkSimulink中的子系统一样使用。中的子系统一样使用。通过通过SimMechanicsSimMechanics中的中的UtilitiesUtilities模块库中的模块库中的Connection PortConnection Port模块可将模块可将SimMechanicsSimMechanics模型作为模型作为子系统与一个更大的模型连接起来。子系统与一个更大的模型连接起来。25技术研究 2. 2.配置、运行模型基本步骤配置、运行模型基本步骤 将模块都连接好后，此时的模型还需要确定将模块都连接好后，此时的模型还需要确定如何运行，确定各项设置及装载可视化。如何运行，确定
25、各项设置及装载可视化。 （1 1）SimMechanicsSimMechanics为运行机器模型提供了四为运行机器模型提供了四种分析方式，最常用的是种分析方式，最常用的是Forward DynamicsForward Dynamics方式。方式。 但是对于一个机器更加完整的分析就需要用但是对于一个机器更加完整的分析就需要用到其他三种方式。可以对于一个模型创建多个版到其他三种方式。可以对于一个模型创建多个版本，在同样的基本组合结构下，为每一个版本连本，在同样的基本组合结构下，为每一个版本连接不同的接不同的ActuatorActuator模块和模块和SensorsSensors模块，以及不同模块，
26、以及不同的配置。的配置。26技术研究 （2 2）使用）使用SimMechanicsSimMechanics强大的可视化和动画强大的可视化和动画显示效果。在建造模型的同时，或者模型完成后，显示效果。在建造模型的同时，或者模型完成后，但必须是在开始仿真之前，可以利用可视化效果，但必须是在开始仿真之前，可以利用可视化效果，来调试机器的几何形状。还可以在仿真的同时进来调试机器的几何形状。还可以在仿真的同时进行动画显示。行动画显示。 （3 3）在）在Machine EnvironmentMachine Environment对话框中设定分对话框中设定分析方式以及其他的重要机械设置。在析方式以及其他的重要
27、机械设置。在Simulink Simulink Configuration ParametersConfiguration Parameters中设置可视化和调整中设置可视化和调整仿真设置。仿真设置。27技术研究4.4 4.4 机构动态仿真实例分析机构动态仿真实例分析 本节将介绍一些简单机械系统（如单摆、平面四连杆机构）的建模及动态仿真。通过实例来熟悉建模、仿真的基本方法与步骤。 4.4.1 4.4.1 单摆模型仿真单摆模型仿真 4.4.2 4.4.2 平面四连杆机构模型仿真平面四连杆机构模型仿真28技术研究 单摆为一杆，质量均匀，长度为单摆为一杆，质量均匀，长度为1m1m，直径，直径2cm2
28、cm。初始条件为初始条件为WorldWorld坐标系坐标系X X轴负方向的水平位置。轴负方向的水平位置。其中单摆的一端固定在基本点（其中单摆的一端固定在基本点（3 3，4 4，5 5），绕连），绕连接点以矢量（接点以矢量（0 0 10 0 1）为轴转动。建立该模型的）为轴转动。建立该模型的SimMechanicsSimMechanics模型并进行仿真，得到单摆运动的模型并进行仿真，得到单摆运动的角位移和角速度规律和运动的角位移和角速度规律和运动的XYXY相图。相图。 4.4.1 4.4.1 4.4.1 4.4.1 单摆模型仿真单摆模型仿真单摆模型仿真单摆模型仿真29技术研究单摆实物模型图如下：
29、单摆实物模型图如下：30技术研究1.模型的建立 根据上述条件，建立的模型由一个机架模块、一个旋转铰模块、一个刚体模块、一个环境模块、一个铰传感器模块、一个示波器模块、一个混路器模块以及一个XY相图模块构成。从它们各自的库中添加至danbai.mbl的模型窗口中。（如下图所示） 31技术研究32技术研究对模块进行连线操作，类似于对模块进行连线操作，类似于SimulinkSimulink模块的连模块的连接操作，但接操作，但SimMechanicsSimMechanics模块之间的连线表示物模块之间的连线表示物理连接，而理连接，而SimulinkSimulink模块之间的连线表示信号传模块之间的连线
30、表示信号传递，为信号线。递，为信号线。33技术研究各个模块参数设置及说明如下：各个模块参数设置及说明如下：GroundGround模块：模块： 如图输入参数，并复选如图输入参数，并复选Show Machine EnvironmentShow Machine Environment选项。设置完后的选项。设置完后的GroundGround相对于相对于World CSWorld CS的位置如图的位置如图34技术研究RevoluteRevolute模块：模块： 在在Number of Number of Sensor/actuatorSensor/actuatorPortsPorts对话框中选择对话框
31、中选择1 1，为模块添加一个，为模块添加一个传感器或激励器接口。传感器或激励器接口。在在Parameters-AxesParameters-Axes对话框中输入对话框中输入0 0 10 0 1设置转动轴矢量为设置转动轴矢量为0 0 10 0 1，即，即BodyBody与与GroundGround模块间模块间绕连接点坐标系的绕连接点坐标系的Z Z轴相对转动。轴相对转动。35技术研究 图中的图中的Connection parametersConnection parameters区中的区中的Current base:GNDGroundCurrent base:GNDGround表示当前连接的基件表
32、示当前连接的基件（原动件）为（原动件）为GroundGround模块的模块的GNDGND端口，端口，Current Current follower:CS1Bodyfollower:CS1Body表示连接的跟随件（从动件）表示连接的跟随件（从动件）为为BodyBody模块的模块的CS1CS1端口。端口。 RevoluteRevolute铰的模型：铰的模型：36技术研究BodyBody模块：模块： 1 1）质量属性）质量属性质量和惯性张量：质量和惯性张量：MassMass（质量）：（质量）：20492049（单位为（单位为g g）。）。InertiaInertia：设置参数：设置参数如图。如图。
33、2 2）刚体坐标系统）刚体坐标系统定义坐标的位置定义坐标的位置和方向。和方向。37技术研究3)3)配置配置PositionPosition选项卡，按顺序为：选项卡，按顺序为：第一个第一个CGCG只修改只修改Origin position vectorX Y ZOrigin position vectorX Y Z为为2.5 4 52.5 4 5，其他设置默认。，其他设置默认。第二个第二个CS1CS1只修改只修改Origin position vectorX Y ZOrigin position vectorX Y Z为为3 4 53 4 5，其他设置默认。，其他设置默认。第三个第三个CS2CS
34、2直接删除即可。直接删除即可。4 4）配置）配置OrientationOrientation选项卡，默认坐标系都是平行于选项卡，默认坐标系都是平行于WorldWorld坐标系。各选项保持默认值即可。如图：坐标系。各选项保持默认值即可。如图：38技术研究附：对附：对BodyBody模块参数设置及操作的详细说明模块参数设置及操作的详细说明 质量属性：包括质量和惯性张量。质量是正的实质量属性：包括质量和惯性张量。质量是正的实际标量。惯性张量是际标量。惯性张量是3*33*3的对称矩阵，并不一定是的对称矩阵，并不一定是对角矩阵。对角矩阵。 通过刚体重心的位置以及相对于坐标轴的方位可通过刚体重心的位置以及
35、相对于坐标轴的方位可以知道刚体是怎样旋转的，模型中刚体的初始条以知道刚体是怎样旋转的，模型中刚体的初始条件如果不加修改会一直保持到仿真开始。件如果不加修改会一直保持到仿真开始。 随动坐标固定在刚体上并随着刚体一起运动，刚随动坐标固定在刚体上并随着刚体一起运动，刚体最少有一个坐标，并且坐标的原点在重心。默体最少有一个坐标，并且坐标的原点在重心。默认有三个坐标系，刚体重心坐标系（认有三个坐标系，刚体重心坐标系（CGCG）和两个）和两个39技术研究 附加坐标系附加坐标系CS1CS1和和CS2CS2，分别固定在重心和刚体的，分别固定在重心和刚体的两端。并可通过操作增加和删除坐标系。例如为两端。并可通过
36、操作增加和删除坐标系。例如为每一个铰、约束、驱动以及激励器和传感器配置每一个铰、约束、驱动以及激励器和传感器配置一个坐标系。一个坐标系。 单摆刚体的属性：此实例中是一个简单的单摆，单摆刚体的属性：此实例中是一个简单的单摆，质量均匀，长度为质量均匀，长度为1m1m，直径，直径2cm2cm。初始条件为。初始条件为X X轴轴负方向的水平位置。其中单摆的一端固定在基本负方向的水平位置。其中单摆的一端固定在基本点（点（3 3，4 4，5 5），坐标称之为），坐标称之为CS1CS1，刚体重心坐标，刚体重心坐标原点所在的重心即为几何中心，且坐标与原点所在的重心即为几何中心，且坐标与WorldWorld坐坐标
37、系平行。标系平行。40技术研究 单摆的密度为常数，在刚体重心坐标中惯性张量单摆的密度为常数，在刚体重心坐标中惯性张量为对角矩阵控制了单摆关于为对角矩阵控制了单摆关于Z Z轴的摆动，即在轴的摆动，即在X XY Y平面内的摆动。由单摆的长度，半径，单摆的质平面内的摆动。由单摆的长度，半径，单摆的质量和惯性张量可以计算出来，具体属性计算方法量和惯性张量可以计算出来，具体属性计算方法见下表：见下表：对应的对角矩阵为：对应的对角矩阵为：细长杆（忽略半径）细长杆（忽略半径）41技术研究BodyBody模块参数对话框中的模块参数对话框中的Position/OrientationPosition/Orient
38、ation选项区右侧一排按钮的作用说明如下图：选项区右侧一排按钮的作用说明如下图：复制一个新坐标删除选中坐标上移坐标下移坐标42技术研究传感器模块：传感器模块：模块设置如图，在模块设置如图，在原始输出值选项区内原始输出值选项区内选中角位移（选中角位移（AngleAngle）和角速度（和角速度（Angle veloAngle velocitycity）, ,单位分别为单位分别为degdeg和和deg/sdeg/s，并取消下端，并取消下端Output selected parameOutput selected parameters as one signalters as one signal选
39、项，选项，这样输出两个值就会有对应的两条信号线。这样输出两个值就会有对应的两条信号线。43技术研究机械环境模块：机械环境模块：打开机械环境模块打开机械环境模块参数对话框，保持默参数对话框，保持默认值如图示：认值如图示：44技术研究以上已对以上已对SimMechanicsSimMechanics模块设置完成。余下的混模块设置完成。余下的混路器、示波器、路器、示波器、XYXY图表模块设置同上一章的图表模块设置同上一章的SimulinkSimulink设置。设置。45技术研究 2.运行仿真及运动可视化 （1 1）运行仿真）运行仿真 完成上面的建模之后就可以进行仿真，仿真完成上面的建模之后就可以进行仿
40、真，仿真步骤同步骤同SimulinkSimulink模型。可以通过示波器模块和模型。可以通过示波器模块和XYXY相图模块观察单摆的运动。相图模块观察单摆的运动。 46技术研究1 1）打开）打开XYXY相图模块相图模块参数设置对话框，设定参数设置对话框，设定参数如图。参数如图。2 2）打开示波器模块，）打开示波器模块，开始仿真，开始仿真，XYXY相图模块会在仿真开始后自动打开。相图模块会在仿真开始后自动打开。47技术研究3)3)运行结果运行结果左图为系统相图，右图为单摆的角位移和角速左图为系统相图，右图为单摆的角位移和角速度时程曲线。度时程曲线。48技术研究 （2 2）运动可视化）运动可视化 S
41、imMechanicsSimMechanics支持自定义的支持自定义的MATLABMATLAB图像处理图像处理窗口进行可视化，这个工具以透视图的方式显示窗口进行可视化，这个工具以透视图的方式显示机器的运动。刚体可以通过两个方式显示，分别机器的运动。刚体可以通过两个方式显示，分别为等价的椭圆体或为刚体坐标中的封闭曲面。为等价的椭圆体或为刚体坐标中的封闭曲面。 利用两种显示方式其中的一种来解释如何可利用两种显示方式其中的一种来解释如何可视化单摆模型，在仿真之前可以看到单摆初始状视化单摆模型，在仿真之前可以看到单摆初始状态在仿真过程中可以动画显示。态在仿真过程中可以动画显示。49技术研究1 1）配置
42、）配置ConfigurationConfiguration参数参数a a）在模型窗口中选择）在模型窗口中选择Simulation/Configuration Simulation/Configuration Parameters Parameters菜单命令，打开菜单命令，打开ConfigurationConfiguration参数对参数对话框，选择其中的话框，选择其中的SimMechanicsSimMechanics选项，如下选项，如下50技术研究b b）为了能够观察单摆初始静止状态，复选上图中）为了能够观察单摆初始静止状态，复选上图中的的Display machine after upda
43、ting diagramDisplay machine after updating diagram。c c）为了能够在仿真中动画显示，复选上图中的）为了能够在仿真中动画显示，复选上图中的 Show animation during simulationShow animation during simulation。 d d）单击）单击OKOK，然后在模型窗口中单击，然后在模型窗口中单击Edit/UpdateEdit/Update Diagram Diagram菜单命令打开可视化窗口。打开的窗口如菜单命令打开可视化窗口。打开的窗口如下：下：51技术研究重心坐标重心坐标系CS1坐标（Groun
44、d坐标）CS1坐标系（Ground、铰坐标系）52技术研究 2 2）利用）利用MATLABMATLAB图像进行可视化图像进行可视化 基于基于MATLABMATLAB图形可视化工具已经嵌入到图形可视化工具已经嵌入到SimMechanicsSimMechanics，可以很方便的调用。在模型窗口，可以很方便的调用。在模型窗口单击按钮单击按钮 则可视化窗口显示的动画在仿真过程则可视化窗口显示的动画在仿真过程中与中与SimulinkSimulink仿真保持同步。结果如下图示：仿真保持同步。结果如下图示：53技术研究54技术研究单击动画窗口的单击动画窗口的 按钮则刚体为椭圆体描述，按钮则刚体为椭圆体描述，
45、如下图：如下图：55技术研究附壳体显示和椭圆体显示的动画附壳体显示和椭圆体显示的动画壳体壳体: : keti.aviketi.avi椭圆体椭圆体: : tuoyuanti.avituoyuanti.avi56技术研究 四连杆实物模型四连杆实物模型: : 4.4.2 4.4.2 平面四连杆机构模型仿真平面四连杆机构模型仿真57技术研究1. 1. 由模型建立由模型建立SimMechanicsSimMechanics模型如下：模型如下：58技术研究2.2.参数设置：参数设置： 各模块的参数设置方法同上例，参数设置如各模块的参数设置方法同上例，参数设置如下：下：Ground1Ground1模块：模块：
46、59技术研究Revolute1Revolute1模块：模块： 60技术研究Bar1Bar1模块：模块： 61技术研究Revolute2Revolute2模块：模块：62技术研究Bar2Bar2模块：模块：63技术研究Revolute3Revolute3模块：模块：64技术研究Bar3Bar3模块：模块：65技术研究Revolute4Revolute4模块：模块：66技术研究Ground2Ground2模块：模块：67技术研究EnvEnv模块：模块：68技术研究Joint sensorJoint sensor模块：模块：69技术研究Joint sensor1Joint sensor1模块：模块：
47、70技术研究ScopeScope模块：模块： 双击打开模块，单击双击打开模块，单击 按钮，弹出设置框，按钮，弹出设置框，在在GeneralGeneral区内区内NumbleNumbleof axesof axes设置框内输入设置框内输入2 2，单击单击OKOK后示波器模块将后示波器模块将变成如下图的双波形图。变成如下图的双波形图。71技术研究72技术研究3.3.仿真仿真 仿真方法如上例，下图为仿真结束后示波器仿真方法如上例，下图为仿真结束后示波器模块显示的铰模块显示的铰2 2和铰和铰3 3的角位移图像。的角位移图像。73技术研究单击示波器模块菜单条的单击示波器模块菜单条的按钮，则各个波形按钮，则各个波形窗口显示完整波窗口显示完整波形。如图形。如图74技术研究同上例设置同上例设置Configuration ParametersConfiguration Parameters相应选项后相应选项后可在仿真过程中同步动画，动画截图如下可在仿真过程中同步动画，动画截图如下75技术研究椭圆体显示图如图椭圆体显示图如图76技术研究壳体动画：壳体动画：keti-liangan.aviketi-liangan.avi椭圆体动画：椭圆体动画：tuoyuanti-liagan.avituoyuanti-liagan.avi77技术研究
