Simscape Multibody -- 使用Transform Sensor 测量运动

源网址：https://ww2.mathworks.cn/help/physmod/sm/ug/sense-double-pendulum-motion.html

Transform Sensor模块提供了Simscape™Multibody™模型中最广泛的运动感应功能。使用此块，您可以检测模型中任意两个框架之间的运动变量。这些变量可以包括平移和旋转位置，速度和加速度。

在此示例中，您将使用“Transform Sensor”块来感测相对于“World Frame”的下部链接平移位置。你输出的位置坐标直接到模型工作区，然后绘制使用MATLAB这些坐标®命令。通过更改关节状态目标，可以分析准周期和混沌条件下的下连杆运动。

建模方法

在此示例中，您依靠重力使双摆运动。您将双摆从平衡位置释放，然后使重力作用于它们。要在零时间释放，请使用“Revolute Joint”对话框的“ State Targets”部分。您可以指定位置或速度。准备就绪后，您可以模拟模型以分析其运动。

要感测运动，请使用“Transform Sensor”块。首先，将基础和从属框架端口连接到World Frame和下部链接子系统块。通过将端口连接到这些块，您可以感知相对于世界框架的下部链接中的运动。通过选择Y和Z，您可以分别感知沿Y和Z轴的平移。您可以相对于彼此绘制这些坐标，并分析它们显示的运动。

建立模型

 

1. 在MATLAB命令提示符下，输入smdoc_double_pendulum。打开双摆模型。有关如何创建此模型的说明，请参见为运动学运动链建模。

2. 将这些块拖动到模型中以感知运动。

3. Library	Block	Quantity
   Simscape > Multibody > Frames and Transforms	Transform Sensor	1
   Simscape > Multibody > Frames and Transforms	World Frame	1
   Simscape > Utilities	PS-Simulink Converter	2
   Simulink > Sinks	To Workspace	2

4. 在“Transform Sensor block”对话框中，选择 Translation > Y and Translation > Z。该模块提供了两个物理信号输出端口，分别标记为y和z。
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6. 

7. 在PS-Simulink转换器块中，指定的单位cm。

8. 

9. 在 To Workspace blocks中，输入变量名称y_link和z_link。

10. 如图所示，将块连接到模型。您必须将Transform Sensor模块的基本框架端口连接到World Frame模块。新块用灰色阴影显示。

11. 

12. 引导模型组装

    指定每个关节的初始状态。以后，您可以修改此状态以探索不同的运动类型。对于第一次迭代，仅将顶部链接旋转一个小角度。

    1. 在Revolute Joint block 对话框中，选择State Targets > Specify Position Target.

    2. 将 Value设置为10 deg。

    3. 在 Revolute Joint1 block 对话框中，检查是否清除了State Targets > Specify Position Target。

    

     

    模拟模型

    运行模拟。Mechanics Explorer播放双摆组件的基于物理的动画。

13. 现在，您可以绘制下部链接的位置坐标。为此，请在MATLAB命令行中输入：

14. figure; 
    plot(y_link.data, z_link.data, 'color', [60 100 175]/255);
    xlabel('Y Coordinate (cm)'); 
    ylabel('Z Coordinate (cm)'); 
    grid on;
    该图显示了打开的图。该图表明，下部链接路径随每次振荡仅略有变化。此行为是准周期系统的特征。

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16. 模拟混沌运动

    通过调整旋转关节状态目标，可以在混沌条件下模拟模型。一种获得混沌运动的方法是将顶部旋转关节旋转一个大角度。为此，在“Revolute Joint”对话框中，将“ State Targets > Position > Value to 90，然后单击“ 确定”。

    使用新的联合状态目标模拟模型。要绘制相对于世界框架的下摆链接的位置坐标，请在MATLAB命令提示符下输入以下代码：

17.  

    figure; 
    plot(y_link.data, z_link.data, 'color', [60 100 175]/255);
    xlabel('Y Coordinate (cm)'); 
    ylabel('Z Coordinate (cm)'); 
    grid on;

18.