動機

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

建模接觸力學

接觸力是固體彼此相互作用的結果。為了近似仿真中的接觸行為，我們使用接觸模型。 接觸力的兩個主要成分可以分解為 法向力：當物體碰撞時將其推開。顧名思義，這些力垂直于接觸點。 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。

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，當兩個對象碰撞時發生在碰撞之前，每個物體都有一定的動量（質量*速度。，或其旋轉等效值）碰撞后，每個物體的動量的大小和方向將根據碰撞的類型而改變；例如，彈性與非彈性。這種方法在對象不經常移入和移出接觸的模型中效果最好。 基于力：向行業釋義法律力基于力定律應用于對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，其系數近似于現實世界的行為。不同，基于力的碰撞可能需要多個模擬時間步長才能達到所需。 運動約束：這里，我們假設對象始終處于接觸狀態，因此我們不必擔心碰撞動力學。例如，如果我們假設車輪始終在地面上，則無需對法向力進行建模。將車輪的旋轉與此線性運動聯系起來。 摩擦力通常由具有兩個不同區域的力定律組成。 靜摩擦代表物體靜止時開始沿其接觸表面滑動所需的初始力。 動摩擦代表物體沿其接觸表面移動時的約束。 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據表示。

與Simulink?聯系

機械系統動力學可以使用微分方程建模，該方程通常與積分器模塊關聯。這是由于牛頓第二定律（力=質量*加速度）。可以對加速度進行一次積分以計算速度，然后再次進行積分以計算位置。 要實現基于力的接觸力和摩擦力，可以使用塊進行數學運算來表示力定律，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?進行一維接觸

Simscape?擴展了Simulink?，可為一維物理網絡（電氣，流體，機械等）建模，而無需轉換運動方程。通過在速度和力/梯度之間建立關系來實現每個機械Simscape?組件，因此您可以在Simscape?中實現基于1D力的接觸。 Simscape?具有內置模塊，例如平移摩擦和平移硬停止模塊，它們為接觸建模提供了良好的起點。如果要實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剛體系統建模。您可以使用這些模型實現兩種類型的聯系。 如果到達1D接觸面連接到干涉的3D模型中（例如，執行器限制或摩擦），則可以使用Simscape Multibody?Multiphysics庫幫助您將旋轉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現更通用的（2D或3D）懲罰力關系

測量兩個物體之間的相對運動（變換傳感器）

使用Simulink?模塊“算術”

將所產生的接觸力/收縮加壓到接觸的物體上（外力+加壓）

該的Simscape多體?聯系部隊圖書館已經實現了這些力量對某些基本形狀，如球形，飛機和管。我強烈建議您使用此庫作為起點，如果您需要實現其他功能，則可以自定義這些模塊。

摘要

介紹了一些在Simulink?，Simscape?和Simscape Multibody?中對機械接觸進行建模的方法。總而言之， Simulink?是最靈活的工具，可讓您實現基于脈沖和基于力的接觸。但是，您需要導出所有運動方程。 Simscape?使您可以在不發起運動方程的情況下對一維機制進行建模，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，而無需導出運動方程。 該的Simscape多體?Multiphysics的圖書館可以幫助你的界面個人旋轉或平移自由度的一維的Simscape?塊。 該的Simscape多體?接觸力庫包含了簡單的形狀之間的二維或三維接觸力塊。

總結

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

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