一、引入

本科学机械设计的时候，就发现ppt上有很多运动的机构，一直想知道是怎么做出来的，后来发现solidwork、admas可以制作动画，也用3dmax制作过，但总感觉不太像回事。

这是一个共轴旋翼的运动仿真，也是意外的发现simlink竟然可以做那么多有趣的事。碰巧研究了一下simscape_multibody。

二、功能介绍

Simulink是一个模块图环境，用于多域仿真以及基于模型的设计。 Simulink提供图形编辑器、可自定义的模块库以及求解器，能够进行动态系统建模和仿真。Simulink - Simulation and Model-Based Design - MATLAB & Simulink

Simscape构建物理组件模型基于直接物理连接,集成块图和其他建模范例。如电动马达,桥整流器,液压执行机构,和制冷系统,通过装配基本组件示意图。Simscape - MATLAB & Simulink

Simscape Multibody提供了一个为3d机械系统多体仿真环境,如机器人、车辆悬挂、建筑设备、飞机起落架。您可以使用块模型多体系统代表身体关节,约束、力元素,和传感器。Simscape多体制定和解决整个机械系统的运动方程。可以导入完整的CAD程序集,包括所有的质量、惯量、关节,限制,3d模型。Simscape Multibody - MATLAB & Simulink

三、操作经验

3.1安装Simscape Multibody

1.进入官网 Simscape Multibody - SimMechanics Link - MATLAB & Simulink，可以看到支持多种三维建模软件。

2. 在下方输入邮箱及各种信息便可以跳转网页，选取适合自己matlab版本下载即可(两个文件都需要下载)，一个install_addon.m文件，一个smlink.rxxxx.win64.zip文件。

3.下载好后，打开matlab，在matlab切换至包含这两个文件的文件夹，在命令行中输入install_addon('smlink.rxxxx.win64.zip')即可安装完成。若要查看此工具的help，在命令行输入doc smlink即可。

4.与三维建模软件建立联系，以常用的SolidWorks为例。在matlab命令行中输入 smlink_linksw，会提示

Registering dll: regsvr32 "F:\Matlab_R2014a\bin\win64\cl_sldwks2sm.dll"。

5.打开SolidWorks，点击工具，选择插件。在此处勾选 SimMechanics Link。完成后就会看到SimMechanics Link添加到新的菜单中（需要在打开装配体*.SLDASM时才能看到）。

6. 将sldasm文件导出为xml格式，选择 SimMechanics Link 插件里面的export，选择第二个版本。关于第一和第二版本，官方文档这样说的：Export in first-generation format generates a Physical Modeling XML file. Export in second-generation format generates a SimMechanics Import XML file. 两种不同的版本，有不同的打开方式，切换到xml文件所在的文件目录，第一种使用 mech_import命令打开，第二版本使用smimport命令打开。语法为 H = smimport('filename').。执行后会出现一个树状机构，上面是每一个部件的名字。点击run可以看到三维模型。

附官网视频：Simscape Multibody - Videos - MATLAB & Simulink

官方documentation： Simscape Multibody Documentation

3.2可能会出现的问题

启动安装位置（“D:\Program Files\MATLAB\R2018b\bin\win64\MATLAB.exe”)下的matlab（如果启动慢，可以先创建快捷方式到桌面，打开快捷方式属性，在目标位置添加 -c +“注册表路径”，便可快速启动）,在命令窗口输入

enableservice('AutomationServer')

看其是否为1判断期前是否是服务器版本的matlab

若为0，在命令窗口输入：

enableservice('AutomationServer' ,true)

将其转换为服务器版本的matlab

然后再次打开solidwork，尝试运行Simscape Multibody Link——export。

3.3Simscape Multibody的坐标系统

一些例子（Example List- MATLAB & Simulink）

3.4利用刚体变换创建坐标系

3.4.1World Frame

在这个系统中，有世界坐标系，它是一切坐标系的基准，所有的World Frame指代同一个坐标系。

3.4.2Graphic

第二是：，模块名为：Graphic，表示可以添加到机械模型中的参数化图形元素。

1.shape可以定义形状，包括cube正方体， sphere球形，Frame坐标系三种形式

2.diffuse color：漫射颜色

3.opacity：不透明度

3.4.3Rigid Transform

与B相连的代表基坐标系，与F相连的代表变换后的坐标系。

包括两种变换，旋转和平移变换。为了将两个坐标系区别开来，先介绍一下平移变换：

基本含义
cartesian	笛卡儿坐标系
standard Axis	标准轴坐标系
cylindrical	圆柱坐标系

前两个平移变换形式比较容易理解，我们尝试一下第三个cylindrical：

因此：Radius代表绕Z轴的半径，Theta代表与坐标系原点连线与基坐标系的夹角，Z offset代表相对于基坐标系的偏移量。

再来看旋转变换，有5中方式：

基本含义
Aligned Axes	轴对齐形式
Standard axis	标准轴形式
Arbitrary axis	任意轴
Rotation sequence	旋转序列
Rotation matrix	旋转矩阵

第一种： Aligned Axes：轴对齐。顾名思义就是基坐标系和变换坐标系的轴相互对应。如下图，

变换后的坐标系的+X轴与基坐标系的+Y对应，+Y与+Z对应。

具体效果，和预期的一样。

第二种： Standard axis。

第三种： Arbitrary axis。

以xz对角线为轴线，旋转90度：

第四种：Rotation sequence。

以右手定则，先绕基坐标X轴90度，在绕Y轴90度。

第五种：Rotation matrix，高级表达

3.4.4Transform Sensor：用于测坐标系的位置关系

3.4.5Connection Label：用于标记信号，无线连接。

3.4.6 PS-Simulink Converter（Simulink-PS Converter）：用于信号转化。

3.4.7 Scope:示波器

先测试一下：

效果：

位移变化很好理解，但是angle和axis不够直观。官方给出的解释如下图：

Rotational Measurements- MATLAB & Simulink

意思就是Axis是一个F相对于B的向量，angle代表相对于Axis转动多少。我们希望得到的是相对于自身XYZ的转角。具体如何推导，容我后续更新。

3.4.8 Solid（可以用它进行简单的物理模型构建，也可以导入）

下面举一个例子：

我们来新建一个坐标系：

3.5常用工具

在命令行输入

 sm_lib

3.6运动副

3.6.1 Revolute

下面用Revolute来演示运动副的使用：

运动效果：

可以看出，在两个坐标系之间添加运动副后，F坐标系相对于B坐标系发生运动。使用Revolute的效果是F坐标系绕B坐标系的Z轴以一定转速转动。也可以给定一个初始角度：

3.6.2 后续更新

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