关于稳定物理关节的一次尝试

本文探讨了在Unity3D中使用物理关节模拟装载机前车架时遇到的稳定性问题。通过尝试将物理系统与碰撞检测分离的方法来解决关节错位及失灵现象,但最终发现该方案存在局限性。

       之前自己使用Unity3D引擎的关节结构制作了一套联动系统,来模拟装载机的前车架的活动。在只进行演示的前提条件下,关节联动结构工作的很好。但是,当涉及到碰撞发生时,整个物理关节结构的稳定性便出现了问题,会发生关节错位,甚至因碰撞而完全失灵的情况。

       为了解决这个问题,自己想到了把物理系统与碰撞进行分离的方式。即负责处理碰撞的部分不具有刚体的属性,是纯图形的。而负责动作的部分,也就是物理系统,只负责把动作做到位,不牵扯碰撞的问题。然后将二者就行结合,具备绝对稳定性的图形部分处理碰撞,别且作为物理结构的子节点,跟随物理系统进行运动。可是在最终的实现上,出现了问题。作为孩子的碰撞效果也会作用到父亲,更重要的是,因为关节的存在,在发生碰撞时关节之间力的传导让原本的关节变形问题重现了出来。因此,这种方法宣告失败了。

        如何能够处理好关节之间力的传导,如何把碰撞与物理在一定程度上实现分离,达到物理处理运动,图形处理碰撞的效果,自己还要继续思考,继续尝试。

### Simscape 中旋转关节的使用方法 #### 1. 创建和配置旋转关节 在 Simscape Multibody 环境下,创建旋转关节涉及多个步骤。首先,在库浏览器中找到并拖动 `Revolute Joint` 块到工作区[^2]。 ```matlab % 打开 Simscape Multibody 库 sscnew('untitled') ``` 接着,连接该关节块至两个刚之间,确保一个端口连接到父级框架而另一个连接到子级框架。这一步骤定义了两物体之间的相对转动关系。 #### 2. 设置参数属性 双击打开 `Revolute Joint` 的对话框设置界面,可调整如下重要选项: - **初始角度**:设定关节起始位置的角度值; - **自由度限制**:允许指定最大最小转角范围; - **预加载扭矩**:施加于静止状态下的内部力矩; 这些参数直接影响系统的动态行为及其稳定性。 #### 3. 添加驱动与传感组件 为了控制或监测旋转动作,可以在关节上附加相应的驱动器(Actuator)以及传感器(Sensor)。例如,“Torque Actuation”用于提供外部驱动力矩,而“Joint Sensor”则能获取实时的位置、速度等数据反馈。 #### 4. 运行动态仿真 完成上述建模过程后,启动仿真运行按钮即可观察到基于所设条件演化的物理现象,并可通过内置工具生成直观的三维动画展示结果。 对于可能出现的问题及解决方案有以下几点建议: - 如果遇到模型无法正常解析的情况,请确认所有必要的惯量矩阵已正确定义。 - 当发现运动不符合预期时,检查是否有遗漏的关键约束条件或是错误设置了某些极限值。 - 若存在数值不稳定的现象,则尝试优化积分步长或者选用更适合当前场景的求解算法。
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