Force: Two Body Scalar

説明

力またはトルクは、大きさと方向によって表現されます。方向は事前に定義されます（詳細についてはコメント2～6をご参照ください）。大きさは、関数式、ユーザー定義サブルーチン、Pythonスクリプト、またはMATLABスクリプトを使用して定義できます。任意のシステム状態および時間の関数にできます。

フォーマット

<Force_Scalar_TwoBody
     id                   = "integer"     
     label                = "Name of Force"
     i_marker_id          = "integer"     
     j_marker_id          = "integer"     
     is_action_only       = "TRUE | FALSE"
     type                 = { "FORCE" | "TORQUE" } 

{     
     val                  = "real"   
   | 
     val_expression       = "motionsolve_expression"   
   |      
     usrsub_dll_name      = "valid_path_name"
     usrsub_param_string  = "USER( [[par_1 [, ...][,par_n]] )" 
     usrsub_fnc_name      = "fnc_name"  
   |     
     script_name          = "valid_path_name"
     interpreter          = "PYTHON" | "MATLAB"
     usrsub_param_string  = "USER( [[par_1 [, ...][,par_n]] )"
     usrsub_fnc_name      = "fnc_name" 
} 
/>

属性

id

要素識別番号（整数 > 0）。この番号は、すべてのForce_Scalar_TwoBody要素の中で一意です。一意にモデリング要素を識別します。

label

Force_Scalar_TwoBody要素の名前。

i_marker_id

力が適用されるReference_Markerを指定します。これは力の作用点として指定されます。

j_marker_id

同じ大きさで反対向きの反力が適用されるReference_Markerを指定します。

is_action_only

ブール変数。“TRUE”または“FALSE”を選択します。

“TRUE”

この要素は力 / トルクをIマーカーに適用しますが、Jマーカーに反力 / トルクを適用することはありません。

"FALSE"

この要素は力 / トルクをIマーカーに適用し、反力 / トルクをJマーカーに適用します。

デフォルト値はFALSEです。

type

定義するForce_Scalar_TwoBodyのタイプを指定します。“FORCE”または“TORQUE”を選択します。

"FORCE"

この要素によって、2つのReference_Marker間に力が適用されます。トルクは適用されません。

"TORQUE"

この要素によって、2つのReference_Marker間にトルクが適用されます。力は適用されません。

val

定数値の力の大きさを指定します。

val_expression

XML入力ファイルの関数式として力ベクトルの大きさを指定します。

usrsub_param_string

データファイルからユーザー定義のサブルーチンSFOSUBに渡されるパラメータのリスト。この属性は、すべてのタイプのユーザーサブルーチンおよびスクリプトに共通です。

usrsub_dll_name

ユーザーサブルーチンを含むDLLまたは共有ライブラリのパスと名前を指定します。MotionSolveはこの情報を使用して、実行時にDLL内のユーザーサブルーチンを読み込みます。

usrsub_fnc_name

ユーザーサブルーチンSFOSUBの代替名を指定します。

script_name

usrsub_fnc_nameで指定されたルーチンを含むユーザー作成スクリプトのパスと名前を指定します。

interpreter

ユーザースクリプトが記述されたインタープリタ型言語を指定します。有効な選択肢は、MATLABまたはPYTHONです。

例

次の例は、回転ジョイント内の単純な摩擦モデルを、このコンポーネントを使用してモデル化する方法を示しています。

最初の静的摩擦モデルは、レオナルドダビンチによって開発されました。摩擦力は荷重に比例し、運動の向きと反対で、接触面積とは無関係です。クーロン（1785）は、このモデルをさらに発展させ、そのモデルで説明された摩擦現象は、クーロン摩擦として知られるようになりました。

クーロン摩擦モデルを下の図1aに示します。ただし、このモデルは、速度ゼロで無限の勾配（不連続性）となるため、数値的に実装することは困難です。一般的には、ジョイントでの相対滑りが遷移値Vsより小さい場合、この無限勾配をステップ関数を使用して近似します。これを図1bに示します。ここでの目的は、図1bの摩擦モデルをモデル化することです。

図 1. クーロン摩擦モデルと平滑化されたクーロン摩擦モデル

このシナリオのForce_Scalar_TwoBodyモデリング要素は次のとおりです：

<Force_Scalar_TwoBody
     id             = "7"
     type           = "TORQUE"
     i_marker_id    = "71"
     j_marker_id    = "81" 
     val_expression = "(SQRT(JOINT(7, 2, 0, 71)**2 + JOINT(7, 3, 0, 71)**2) + 1167)*STEP(0.044*WZ(71,72,72),-0.01,0.3,0.01,-0.3)"
/>

コメント

1. i_marker_idは、Force_Scalar_TwoBodyの作用点として指定されます。 j_marker_idは反作用点です。
2. 並進の作用反作用Force_Scalar_TwoBodyでは、i_marker_idの力の方向は、j_marker_idからi_marker_idへの単位ベクトルで定義されます。j_marker_id上の力は、大きさが同じで向きが逆です。

   
   
   図 2. 作用反作用の並進Force_Scalar_TwoBody。Reference_MarkerJからReference_MarkerIへのラインに沿って力が働きます。

3. 並進の作用のみのForce_Scalar_TwoBodyでは、i_marker_idの力の方向は、下の図に示すj_marker_idのz軸に沿った単位ベクトルで定義されます。 j_marker_idを含むボディに対する反力はありません。

   
   
   図 3. 作用のみの並進Force_Scalar_TwoBody。Reference_MarkerIでの力は、Reference_MarkerJのz軸に沿って働きます。

4. 回転の作用反作用Force_Scalar_TwoBodyでは、トルクの方向は、j_marker_idのz軸で定義されます。i_marker_id とj_marker_idのz軸は、常に平行である必要があります。

   
   
   図 4. 作用反作用の回転Force_Scalar_TwoBody。トルクは常に、Reference_MarkerJのz軸に沿って働きます。

5. 回転の作用のみのForce_Scalar_TwoBodyでも、トルクの方向は、j_marker_idのz軸で定義されます。j_marker_idを含むボディに対する反トルクはありません。

   
   
   図 5. 作用のみの回転Force_Scalar_TwoBody。トルクは常に、Reference_MarkerJのz軸に沿って働きます。

6. 力およびトルクの式（またはユーザーサブルーチン）は、滑らかである必要があり、微分可能であることが望まれます。これにより、数値的な手法で効果的に力を処理することができます。
7. VX()、VY()、VZ()などの速度を使用して減衰力を計算する場合、適切な参照フレームで時間微分を取るようにしてください。
8. Force_Scalar_TwoBodyは、すべてのタイプのボディ（Body_Rigid、Body_Flexible、およびBody_Point）に作用できます。