Simmechanics là một khối thư viện trong Simulink của MATLAB, được sử dụng để mô hình hóa và mô phỏng các hệ cơ học, kết hợp với các tiện ích khác của Simulink thì đây là một công cụ mạnh, đặc biệt là trong các bài toán động lực học. Đối với các phiên bản gần đây, Simmechanics còn cho phép kết hợp với các phần mềm thiết kế 3D chuyên nghiệp như: Inventor, SolidWorks, ProEngi- neer,…Sau khi thiết kế mô hình 3D trên phần mềm CAD, các đặc tính về hình học (kết cấu cơ học, hình dáng, màu sắc, kích thước…) cùng với các đặc tính về động lực học (khối lượng, trọng tâm, các tenxo quán tính khối) của chi tiết sẽ được chuyển vào môi trường MATLAB/Simulink qua thư viện Simmechanics. Từ đó, dựa trên mô hình “nhúng” này, cho phép ta thực hiện các bài toán mô phỏng phức tạp với công cụ tính toán số mạnh mẽ của MATLAB.
Hình 3.1: Thư viện Simulink của MATLAB
Trong thư viện Simmechanics cơ bản, cung cấp 7 khối chính: Bodies, Constraints
& Drivers, Force Elements, Interface Elements, Joints, Sensor & Actuators và Utilities. Dưới đây, ta sẽ lần lượt xem xét chức năn của từng khối.
+ Khối Bodies: Cung cấp cho chúng ta 4 mô hình gồm Body, Ground, Machine Environment và Shared Environment. Chức năng chính của khối này là cung cấp các mô tả các vật rắn về các đặc tính như khối lượng, tenxo quán tính khối, các hệ tọa độ gắn vào vật rắn, các mô tả về hướng cũng như các mô tả hình dáng. Chú ý rằng các thông số này có thể nhập từ người dùng hoặc nhập từ chính mô hình vật rắn được thiết kế trên phần mềm CAD.
Hình 3.2: Khối Bodies trong thư viện Simulink
Hình 3.3: Khối Constraints & Drivers trong thư viện Simulink
Constraint và Velocity Driver. Chức năng của khối này mô tả ràng buộc giữa khâu chuyển động và khâu cố định theo một quy tắc cho trước như về khoảng cách, sự song song, quan hệ về vận tốc…
+ Khối Force Elements và Interface Elements: Hai khối này cung cấp cho chúng ta 4 mô hình, mô tả mối quan hệ giữa 2 khâu kề nhau trong một cơ hệ, mối quan hệ này có thể là mô hình lò xo-giảm chấn, ..
Hình 3.4: Khối Force Elements và Interface Elements trong thư viện Simulink
+ Khối Joints: Cung cấp cho ta các mô hình về ràng buộc giữa 2 vật rắn bất kỳ, có thể là trượt , quay tương đối với nhau, cũng có thể là gắn cứng với nhau, hoặc liên kết với nhau qua khớp cầu, …
Hình 3.5: Khối Joints trong thư viện Simulink
+ Khối Sensors & Actuators: Cung cấp cho ta các “cảm biến” để đo góc, vị trí của khớp, hoặc vị trí và hướng của các hệ tọa độ gắn trên vật rắn, đồng thời cũng cung cấp các “động cơ” để thực hiện hoạt động cho các khớp, để các khớp hoạt động thì cần có mô tả về đặc tính chuyển động của khớp như vị trí, vận tốc, gia tốc hoặc là mô tả về lực đặt vào khớp đó.
Hình 3.6: Khối Sensors & Actuators trong thư viện Simulink
Như vậy, từ các khối được cung cấp trong thư viện Simmechanics cho phép ta thực hiện việc mô hình hóa và mô phỏng chuyển động của các hệ cơ học. Ở mục tiếp theo, ta sẽ sử dụng thư viện này, kết hợp với các kết quả tính toán động học thuận, động học ngược ở chương 2 để mô phỏng hoạt động của robot.