멀티바디 모델 구조
멀티바디 시스템은 조인트를 통해 연결되고 기어와 같은 기구학 제약 조건이 적용되는 여러 바디의 집합입니다. 다양한 유형의 힘과 토크를 이용하여 여러 바디를 구동할 수 있으며, 센서를 통해 결과 모션을 감지할 수 있습니다. Simscape™ Multibody™ 블록을 사용하여 이러한 컴포넌트를 나타내고 시스템의 동적 응답을 분석할 수 있습니다. 멀티바디 동특성 시뮬레이션에 대한 자세한 내용은 멀티바디 동특성 항목을 참조하십시오.
기본 모델 컴포넌트
Simscape Multibody의 4절 링크 추천 예제를 살펴보겠습니다. MATLAB® 명령 프롬프트에 OpenExample('sm/FourBarExample')을 입력하여 이 모델을 열 수 있습니다. 이 모델은 Joint 블록을 통해 상호 연결된 솔리드 바디 서브시스템들로 구성되어 있습니다. Joint 블록은 이들 바디 사이에서 가능한 자유도를 정의합니다. 이 바디 서브시스템은 기본 블록 다이어그램을 통해 바디의 솔리드 속성을 정의합니다.
4절 링크 모델의 기본 컴포넌트
이 바디 서브시스템은 Rigid Transform 블록을 통해 상호 연결된 Extruded Solid 블록으로 구성됩니다. Extruded Solid 블록은 기하, 관성, 색, 프레임(모델에서 모든 위치와 방향 정보를 인코딩하는 3개 축)을 포함한 솔리드 속성을 제공합니다. Rigid Transform 블록은 솔리드를 회전 및 병진시켜 올바른 바디 조립이 이루어지도록 합니다.
다음 그림은 바이너리 링크 바디 서브시스템의 기본 블록 다이어그램을 보여줍니다. 이 다이어그램에는 바이너리 링크의 중앙부와 말단부를 나타내는 3개의 Solid 블록이 포함되어 있습니다. 2개의 Rigid Transform 블록이 말단부 솔리드를 중앙부 솔리드의 끝에 적절히 위치하도록 병진시킵니다.
바디 서브시스템 컴포넌트
World Frame — 모델에 관성 기준 프레임을 추가합니다.
Rigid Transform — 바디와 다른 프레임을 서로 상대적으로 회전 및 병진시킵니다.
Mechanism Configuration — 모델 내 중력 상수를 정의합니다.
Solver Configuration — 유형, 허용오차, 시간 스텝 등의 Simscape 로컬 솔버 옵션을 설정합니다. 이 블록만 모델에서 유일하게 필수 블록입니다.
모델 액추에이션
힘이나 토크를 바디 또는 조인트에 가하여 모델을 구동할 수 있습니다. 바디에 작용하는 힘과 토크를 표현하기 위해 Simscape Multibody는 Forces and Torques 라이브러리를 제공합니다. 이 라이브러리에서 블록을 추가하여 힘이나 토크를 적용할 바디 프레임에 연결할 수 있습니다.
| 블록 | 함수 |
|---|---|
| External Force and Torque | 멀티바디 모델 외부에서 작용하는 일반적인 힘 및/또는 토크 |
| Internal Force | 임의의 두 프레임 사이에 작용하는 일반적인 힘 쌍 |
| Spring and Damper Force | 임의의 두 프레임 사이에 작용하는 스프링-댐퍼 힘 쌍 |
| Inverse Square Law Force | 임의의 두 프레임 사이의 거리 제곱에 반비례하여 작용하는 힘 쌍(예: 쿨롱 전기력) |
| Gravitational Field | 점질량이 모든 바디를 끌어당기는 중력(각 바디와 점질량 사이의 거리에 대한 함수로 나타냄) |
다음 그림은 크랭크 링크 프레임에 힘과 토크를 지정할 수 있는 External Force and Torque 블록이 포함된 4절 링크 모델을 보여줍니다.
조인트에 작용하는 힘이나 토크를 지정하려면 Simscape Multibody에서는 Joint 블록 내에서 바로 액추에이션 입력을 선택할 수 있습니다. 각 조인트 프리미티브(Joint 블록의 기본 컴포넌트)마다 해당 프리미티브에 특화된 액추에이션 입력을 선택할 수 있습니다.
조인트 액추에이션 입력은 다음 두 가지 유형으로 나뉩니다.
모션 — 특정 조인트 프리미티브의 시간에 따라 변하는 궤적을 지정합니다.
힘 또는 토크 — 특정 조인트 프리미티브에 작용하며 시간에 따라 변하는 액추에이션 힘 또는 토크를 지정합니다.
다음 그림은 회전 조인트에서 액추에이션 토크가 작용하는 4절 링크 모델을 보여줍니다.
동적 감지
프레임 쌍 사이의 다양한 동적 변수를 감지할 수 있으며, 이를 분석이나 제어 설계에 활용할 수 있습니다. 감지 출력은 다음 두 가지 유형으로 나뉩니다.
모션 — 두 Simscape Multibody 프레임 사이의 상대 위치, 속도 또는 가속도를 계산하여 출력합니다. Joint 블록의 감지 기능을 사용해 조인트 프레임 사이의 모션을 감지하거나, Transform Sensor 블록을 사용하여 임의의 두 프레임 사이의 모션을 감지할 수 있습니다.
힘 또는 토크 — 두 Simscape Multibody 프레임 사이에 작용하는 힘과 토크를 계산하여 출력합니다. Inverse Square Law Force 블록과 같은 특정 Forces and Torques 블록의 포트 프레임 사이, 또는 Joint 블록의 포트 프레임 사이에 작용하는 힘과 토크를 감지할 수 있습니다.
Joint 블록을 통해 각 포트 프레임 사이의 다양한 힘과 토크를 감지할 수 있으며, 여기에는 다음이 포함됩니다.
특정 조인트 프리미티브에 작용하는 액추에이션 힘 또는 토크.
조인트의 자유도에 수직인 모션을 방지하기 위해 조인트 전체에 작용하는 구속력과 토크.
제약 조건 기여와 조인트 프리미티브 액추에이션 기여를 포함하여 조인트 전체에 작용하는 총 힘과 토크.
다음 그림은 커플러 링크 프레임과 월드 프레임 사이의 궤적 좌표를 감지할 수 있는 Transform Sensor 블록이 포함된 4절 링크 모델을 보여줍니다.
