Matlab – Solidworks 机器人建模(5)—— 给模型添加摩擦力

157
0
2021年1月30日 09时17分

Matlab – Solidworks 机器人建模(5)—— 给模型添加摩擦力

 

0. 前言

 

建好模型并成功进行一次仿真之后,我们发现虽然模型可以像模像样的产生由重力带来的运动,但是也发现零件可以穿过其他零件,也叫“穿模”,另外如果我们仿真时间设置得足够长的话,模型似乎会一直运动下去。
原因很简单,因为此时的仿真是处在一个极其理想的状态下的。

 

也就是说:

  1. 我们没有定义障碍物
  2. 没有定义摩擦
  3. 所有零件是刚体,不会变形

 

1. 两种摩擦力

 

这里我们首先介绍怎么添加摩擦力。首先我们需要了解两种基本的摩擦力

 

  1. 粘性摩擦力: 摩擦力的大小与两个接触体的相对速度成正比
  2. 库伦摩擦力:在速度在0周围时摩擦力有一个不连续的变化

 

对于简单的物理模型,用粘性摩擦模型就足够了。

 

2. 添加粘性摩擦力(方法1)

 

现在我这边有一个倒立摆模型,初始位置如下

 

微信图片_20210126154011

 

其中1是倒立摆,与2通过一个旋转轴承连接,2和3固定不动。如果我们什么都不加的话,这个倒立摆会由于重力向下摆,然后永远摆下去。

 

我想在1和2之间加一个摩擦力项,使得该模型的仿真效果更加真实。回想上面说的粘性摩擦力的定义,我们发现只需要知道倒立摆的旋转速度,然后经过一个负反馈乘一个摩擦系数输入到该旋转关节就可以了

 

因此

  1. 双击simscape模型里面连接1和2的旋转关节
  2. 在Actuation栏下面把Torque改成输入提供
  3. 在Sensing栏下把Velocity打勾——应用
  4. 接着加一个Gain模块,用来表示粘性摩擦系数(如果你不知道你模型之间真实的摩擦系数,这里可以先设置一个合适的值看看效果,请注意,摩擦系数设置大了倒立摆不转动,小了没效果,因此需要多次尝试选择一个合适的值)
  5. 加PS-S模块和S-PS模块(在Simscape-Utilities下面),用来进行simulink信号和物理信号之间的转换。
  6. 并按照下图红框部分那样连接

 

微信图片_20210126154028

velocity口输出的是物理信号,要进行数学运算的话要先转成simulink信号,关节输入力是一个物理信号,所以运算结束之后要再转回物理信号。

 

3. 添加粘性摩擦力(方法2)

 

Simulink的旋转关节模块里面可以配置阻尼系数,因此另一种方法不需要加模块连线,直接双击模块改里面的阻尼系数即可。

 

微信图片_20210126154042

 

模型修改完成之后再次运行仿真,发现倒立摆摆动了一会成功停下来了,hemm,仿真开始有点内味了。

发表评论

后才能评论