DE4118302A1 - DEVICE AND METHOD FOR ANALYZING A MECHANICAL MULTI-BODY SYSTEM - Google Patents

DEVICE AND METHOD FOR ANALYZING A MECHANICAL MULTI-BODY SYSTEM

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DE4118302A1
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Description

Es wird ein Verfahren zum wirksamen Analysieren eines ho­ lonomen, nicht-holonomen oder teilweise nicht-holonomen Mehrkörpersystems beschrieben, welches das Definieren der Topologie allgemeiner Art des Mehrkörpersystems und das Schaffen symbolischer Gleichungen erfordert, welche für die Bewegungsgleichungen des allgemeinen Mehrkörpersystems repräsentativ sind. Weiterhin umfaßt das Verfahren das Ein­ geben numerischer Werte, welche ein spezifisches Mehrkör­ persystem innerhalb der allgemeinen Art definiert, das Simulieren des Betriebes des Mehrkörpersystems und das Erhalten der Simulierungsergebnisse. Das Verfahren umfaßt das Prüfen und Anzeigen der Eignung von physikalischen und vom System auferlegten Einschränkungen betreffend der nu­ merischen Werte, die eingegeben worden sind.A method for effectively analyzing a ho lonom, non-holonomic or partially non-holonomic Multibody system described, which defines the General type topology of the multibody system and that Creating symbolic equations requires which for the equations of motion of the general multibody system are representative. The method further comprises the on give numerical values, which a specific multicore persystem defined in the general way that Simulate the operation of the multibody system and that Get the simulation results. The process includes checking and displaying the suitability of physical and restrictions imposed by the system regarding the nu values that have been entered.

Es wird ein Verfahren zum Analysieren eines mechanischen Systems beschrieben, welches miteinander verbundene me­ chanische Elemente umfaßt, das das Definieren der Basis- Topologie des mechanischen Systems, das Auswählen eines durch Trägheit fixierten Bezugsrahmens für das mechani­ sche System, das Spezifizieren der Grenzwertbedingungen des mechanischen Systems und das Erzeugen symbolischer Bewe­ gungsgleichungen für das erzwungene System für ein holonomes, nicht-holonomes und teilweise nicht-holonomes dynamisches System aus den spezifizierten System-Grenzwertbedingungen einschließt.It becomes a method for analyzing a mechanical Systems described, which interconnected me  chanic elements that defines the basic Mechanical system topology, choosing one by inertia fixed frame of reference for the mechani cal system, specifying the limit conditions of the mechanical system and the creation of symbolic movements equations for the forced system for a holonomic, non-holonomic and partly non-holonomic dynamic System from the specified system limit value conditions includes.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrich­ tung zum Analysieren eines mechanischen Systems miteinan­ der verbundener mechanischer Elemente vorgeschlagen, wel­ che einen Vorprozessor, eine Dateneingabeeinrichtung zum Eingeben der Topologie und Grenzwertbedingungen des Sy­ stems in den Vorprozessor und eine Einrichtung umfaßt, die mit dem Vorprozessor zum Formulieren symbolischer Bewegungs­ gleichungen für ein holonomes, nicht-holonomes und teilweise nicht-holonomes beschränktes mechanisches System auf der Grundlage der eingegebenen Topologie und Grenzwertbedingungen gekoppelt ist.According to a further aspect of the invention, a device device for analyzing a mechanical system the connected mechanical elements suggested wel che a preprocessor, a data input device for Enter the topology and limit conditions of the Sy stems in the preprocessor and includes a device that with the preprocessor to formulate symbolic movement equations for a holonomic, non-holonomic and partial non-holonomic limited mechanical system on the Basis of the entered topology and limit value conditions is coupled.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is based on exemplary embodiments Hand explained in more detail in the accompanying drawing. In the drawing shows

Fig. 1A eine Ansicht eines zu analysierenden me­ chanischen Mehrkörper-Systems, Fig. 1A is a view of an analyte me chanical multibody system

Fig. 1B das mechanische Mehrkörper-System nach Fig. 1A in gelöstem Zustand, FIG. 1B, the mechanical multibody system of Fig. 1A in a dissolved state,

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Systems, Fig. 2 is a block diagram of the system,

Fig. 3 ein Blockdiagramm der Funktion des Vorpro­ zessors in dem beschriebenen System, Fig. 3 is a block diagram of the function of the Vorpro zessors in the described system,

Fig. 4 ein Diagramm einer Baumtopologie-Darstel­ lung von dem Vorprozessor, Fig. 4 is a diagram of a tree topology depicting lung from the preprocessor,

Fig. 5 ein Blockdiagramm der von dem Systemdaten­ modul ausgeübten Funktionen, Fig. 5 is a block diagram of the functions exerted by the module system data,

Fig. 6 ein Blockdiagramm der von dem nachgeschalte­ ten Prozessor ausgeübten Funktionen, Fig. 6 is a block diagram of the functions exerted by the nachgeschalte th processor,

Fig. 7 ein weiteres mechanisches Mehrkörpersystem, welches zu analysieren ist. Fig. 7 shows a further mechanical multibody system, which is to be analyzed.

Die Erfindung schafft eine Bewegungs- und Kraftanalyse eines mechanischen Systems miteinander verbundener starrer Körper, wie beispielsweise, Maschinen, Roboter, Fahrzeuge und Raum­ fahrzeuge. Das System verwendet das Kane-Verfahren zum For­ mulieren der Gleichungen, welche Bewegungen der mechani­ schen Systeme und die Wirkungskräfte bestimmen, wie dies in "Dynamics: Theory And Applications", Thomas R. Kane und David A. Levinson, McGraw-Hill Book Company, Copyright 1985 (nachfolgend Kane genannt) beschrieben ist. Das Kane-Ver­ fahren ist mit symbolischen Computer-Algebratechniken ge­ koppelt, um eine spezifische Simulierbeschreibung für ein gegebenes Mehrkörpersystem zu schaffen. Bezug wird genom­ men auf die Dissertation "Symbol Manipulation Computer Pro­ gram Generating Equations Of Motion Of Mechanical System", Yi-Chung Chang, Ph. D. Dissertation, Stanfort University Library, 1989.The invention provides a movement and force analysis of a mechanical system of interconnected rigid bodies, such as, machines, robots, vehicles and space vehicles. The system uses the Kane method for the mulate the equations, what movements the mechani systems and the forces determine how this in "Dynamics: Theory And Applications", Thomas R. Kane and David A. Levinson, McGraw-Hill Book Company, Copyright 1985 (hereinafter referred to as Kane). The Kane Ver driving is using symbolic computer algebra techniques couples to a specific simulation description for a to create a given multibody system. Reference is genome men on the dissertation "Symbol Manipulation Computer Pro gram Generating Equations Of Motion Of Mechanical System ", Yi-Chung Chang, Ph.D. dissertation, Stanfort University Library, 1989.

Ein mechanisches Mehrkörpersystem kann immer durch Unter­ brechen von Verbindungen zwischen zwei der Körper in dem System gelöst werden, so daß das System eine "Baum"- oder offene Topologie besitzt. Ein mechanisches Mehrkörpersy­ stem ist in Fig. 1A gezeigt, bei welchem Elemente oder Kör­ per innerhalb des mechanischen Systems an den Gelenkpunkten 11 und 12 miteinander verbunden sind. Das gleiche an den Gelenkpunkten 11 und 12 gelöste System ist in Fig. 1B ge­ zeigt. Es ist möglich, mehr als einen "Baum" in einem Sy­ stem zu erhalten. Freiheitsgrade zwischen irgendwelchen be­ nachbarten Elementen oder Körpern innerhalb des Systems kön­ nen eingeführt werden, indem verallgemeinerte Koordinaten und verallgemeinerte Geschwindigkeiten bezüglich der Re­ lativlage und der Bewegung zwischen diesen beiden Körpern spezifiziert werden. Die Gesamtzahl der verallgemeinerten Koordinaten ist gleich der der verallgemeinerten Geschwin­ digkeiten. Demzufolge ist das System holonom. Die geforderten Ansätze zum Simulieren eines holonomen Mehrkörper-Sy­ stems werden nachfolgend beschrieben. Wenn das System ge­ löst wird, wie dies in Fig. 1A gezeigt ist, um eine "Baum"- Topologie zu erzeugen, können auf die Relativlage oder die Bewegung zwischen zwei Körpern innerhalb des Systems Grenzwertbedingungen auferlegt werden, wobei diese Körper während des Lösungsprozesses getrennt werden, um die Ver­ bindung zurückzubilden. Hierdurch werden die verallgemei­ nerten Geschwindigkeiten nicht länger unabhängig, und somit wird das System nicht-holonom. Die Ansätze bzw. Formulie­ rungen zum Simulieren eines nicht-holonomen Mehrkörper­ systems werden ebenfalls nachfolgend beschrieben. Durch Auf­ erlegen verschiedener Grenzwertbedingungssätze auf ein als "Baum"-Topologie beschriebenes System kann ein teilweises Mehrkörpersystem beschrieben werden, wobei die Formulierun­ gen hierfür ebenfalls nachfolgend diskutiert werden. Drei Simulierungsarten können mit der beschriebenen Erfindung durchgeführt werden in Abhängigkeit von den holonomen und/ oder nicht-holonomen Freiheitsgraden des Mehrkörpersystems. Eingeschlossen ist eine kinematische Simulierung, eine in­ verse kinematische Simulierung und eine dynamische Simulie­ rung, wie dies nachfolgend erläutert wird. Eine Energie­ prüffunktion wird vorgeschlagen, um ein großes Vertrauen in die erzielten numerischen Ergebnisse aus diesen verschiede­ nen Simulierungen zu schaffen. Diese Prüffunktion wird eben­ falls nachfolgend im Detail beschrieben. Ein "Baum"-Topolo­ gie-Mehrkörpersystem enthält µstarre Körper Bi (i = 1, . . . , µ), die definiert sind, daß sie mit einem vorher bestimmten Kör­ per oder einen Inertia-Bezug N verbunden sind. Bo, wie dies in Fig. 1B gezeigt ist, kann verwendet werden, um den Träg­ heitsbezug N darzustellen. Somit ist N oder Bo immer die Wur­ zel der "Baum"-Topologie. Der Baum kann durch eine Anordnung j(i) eine Dimension µ definiert werden, und j(i) ist die In­ dexzahl des Körpers, mit welchem der Körper Bi verbunden ist. Beispielsweise ist die j(i)-Anordnung des Mehrkörpersystems in Fig. 1B folgendermaßen, wenn die Mehrkörperelemente so bezeichnet sind, wie dies in Fig. 1B gezeigt ist.A mechanical multibody system can always be solved by breaking connections between two of the bodies in the system so that the system has a "tree" or open topology. A mechanical multi-body system is shown in FIG. 1A, in which elements or bodies are connected to one another within the mechanical system at the articulation points 11 and 12 . The same system solved at the hinge points 11 and 12 is shown in Fig. 1B ge. It is possible to maintain more than one "tree" in one system. Degrees of freedom between any adjacent elements or bodies within the system can be introduced by specifying generalized coordinates and generalized velocities with respect to the relative location and movement between these two bodies. The total number of generalized coordinates is equal to that of the generalized speeds. As a result, the system is holonomic. The approaches required to simulate a holonomic multibody system are described below. When the system is released, as shown in Figure 1A, to create a "tree" topology, limit conditions can be imposed on the relative position or movement between two bodies within the system, these bodies being separated during the solving process to re-establish the connection. As a result, the generalized speeds are no longer independent and the system becomes non-holonomic. The approaches and formulations for simulating a non-holonomic multibody system are also described below. A partial multibody system can be described by imposing different sets of limit conditions on a system described as a "tree" topology, the formulations for which are also discussed below. Three types of simulation can be carried out with the described invention depending on the holonomic and / or non-holonomic degrees of freedom of the multibody system. This includes kinematic simulation, reverse kinematic simulation and dynamic simulation, as explained below. An energy test function is proposed in order to create great confidence in the numerical results obtained from these different simulations. This test function is also described in detail below. A "tree" topology multi-body system contains µ rigid bodies Bi (i = 1,..., Μ), which are defined to be connected to a predetermined body or an inertia reference N. Bo, as shown in FIG. 1B, can be used to represent the inertial reference N. Thus, N or Bo is always the root of the "tree" topology. The tree can be defined by an arrangement j (i) a dimension µ, and j (i) is the index number of the body to which the body Bi is connected. For example, the j (i) arrangement of the multibody system in Fig. 1B is as follows when the multibody elements are labeled as shown in Fig. 1B.

i 1 2 3 4 5 6 7 8
j 0 1 2 3 2 5 6 6
i 1 2 3 4 5 6 7 8
j 0 1 2 3 2 5 6 6

Bi hat eine Masse von mi und eine zentrale Trägheit-Dyade von Ii. Die Konfiguration und Bewegung von Bi in Bezug auf Bj kann als gleiche Zahl von verallgemeinerten Koordinaten qr und verallgemeinerten Geschwindigkeiten ur spezifiziert werden. Nach Spezifizierung von qr und ur für alle Bi, wobei i von eins bis µ reicht, ist eine Gesamtzahl von qr und dem­ zufolge ur von n vorhanden. Das mechanische System besitzt dann n Freiheitsgrade. Bi* und Bj* seien die Massenmitten von Bi und Bj. (ni, ni, ni) und (vj, vj, vj) seien zwei Sätze orthogonaler Einheitsvektoren, fixiert in Bi und Bj, und beide Sätze fallen mit (n₁, n₂, n₃) zusammen, einem Satz ortho­ gonaler Einheitsvektoren, fixiert in N (oder Co). Das Vor­ stehende existiert dann, wenn alle qr gleich Null sind. Es sei hervorgehoben, daß bei j gleich Null Bo* ein Punkt ist, der in Bo fixiert ist, und die in Bi und Bj fixierten Ein­ heitsvektoren n sind gleich den in N fixierten Einheitsvek­ toren. Wenn weiterhin i und j zwei Punkte sind, die ver­ zögerungsfrei miteinander zusammenfallen und verzögerungs­ frei an Bi bzw. Bj fixiert sind, ist die Konfiguration und Bewegung von Bi in Bezug auf Bj in Ausdrücken von qr und ur folgendermaßen gegeben:Bi has a mass of mi and a central inertia dyad of Ii. The configuration and movement of Bi with respect to Bj can be specified as an equal number of generalized coordinates qr and generalized velocities ur. After specifying qr and ur for all Bi, where i ranges from one to µ, there is a total number of qr and therefore ur of n. The mechanical system then has n degrees of freedom. Bi * and Bj * are the mass centers of Bi and Bj. ( Ni , ni , ni ) and ( vj , vj , vj ) are two sets of orthogonal unit vectors, fixed in Bi and Bj, and both sentences coincide with ( n ₁, n ₂, n ₃), a set of orthogonal unit vectors, fixed in N (or Co). The above exists when all qr are zero. It should be emphasized that at j is zero Bo * is a point fixed in Bo, and the unit vectors n fixed in Bi and Bj are equal to the unit vectors fixed in N. Furthermore, if i and j are two points that coincide with each other without delay and are fixed to Bi and Bj without delay, the configuration and movement of Bi with respect to Bj is given in terms of qr and ur as follows:

Pjj ist ein Positionsvektor von Bj* bis j in Bj-Basen.
Pii ist ein Positionsvektor aus j bis Bi* in Bi-Basen.
jCi ist ein Richtungscosinusvektor von (vj, vj, vj) bis (n₁i, n₂i, n₃i)
Vrel ist die Relativgeschwindigkeit zwischen i und j, welches V i-V j in Bi-Basen ist.
jwi ist die Winkelgeschwindigkeit von Bi in Bezug auf Bj in Bi-Basen.
Pyy is a position vector of Bj* toj in Bj-Bases.
Pii is a position vector fromj till Bi* in Bi-Bases.
jC.i is a direction cosine vector of (vj,vj,vj) to (n₁i, n₂i, n₃i)
Vrel is the relative speed betweeni andj, whichV i-V j in Bi-Bases is.
jwi is the angular velocity of Bi in relation to Bj in Bi-Bases.

Wenn j Null ist, ist o nicht notwendigerweise verzögerungs­ frei in N fixiert, und seine Geschwindigkeit ist gegeben durchIf j is zero, o is not necessarily delay freely fixed in N, and its speed is given by

V o, welches die Geschwindigkeit von o in N-Basen oder Bezugssystem ist. V o , which is the velocity of o in N bases or frame of reference.

Weiterhin ist die Beziehung zwischen ur und r (die Zeitab­ leitung von qr) durch die Matrizen Yrs und Zr folgendermaßen gegeben:Furthermore, the relationship between ur and r (the time from qr) through the matrices Yrs and Zr as follows given:

Es sind αi Kräfte F ik (k = 1, . . . , αi) gegeben, die im Punkt Pik wirken, wobei Drehmomente T′ auf den Körper Bi wirken. Diese Größen sind folgendermaßen definiert:There are αi forces F ik (k = 1,..., Α i ) that act at point P ik , with torques T ′ acting on the body Bi. These sizes are defined as follows:

F ik ist eine Kraft, ausgedrückt in Bi-Basen oder N-Basen.
P ik ist ein Positionsvektor von Bi* bis Pik.
T i ist ein Drehmoment, ausgedrückt in Bi-Basen oder N-Basen.
F ik is a force expressed in B i bases or N bases.
P ik is a position vector from B i * to P ik .
T i is a torque expressed in B i bases or N bases.

Die Kinematik umfaßt Lage, Orientierung, Teilgeschwindigkeit, Teilwinkelgeschwindigkeit, Beschleunigung und Winkelbeschleu­ nigung eines jeden Elementes oder Körpers und die Ausdrücke für die Zeitableitungen von qr in Ausdrücken von ur und qr (r = 1, . . . , n). Diese Größen, die sich auf einen Körper Bi be­ ziehen, werden durch Summieren der Größen für Bj und den "relativen" Größen zwischen Bi und Bj erhalten, wobei der "Baum"-Topologieordnung von der Wurzel zu Zweigen gefolgt wird.The kinematics include position, orientation, partial speed, Partial angular velocity, acceleration and angular acceleration leaning of each element or body and the expressions for the time derivatives of qr in expressions of ur and qr (r = 1,..., n). These sizes, which relate to a body Bi by summing the sizes for Bj and Obtain "relative" sizes between Bi and Bj, whereby the "Tree" topology order followed by the root to branches becomes.

Die folgenden Beziehungen treffen zu:The following relationships apply:

Richtungscosinusmatrix von (n₁, n₂, n₃) bis (ni, ni, ni);Direction cosine matrix from ( n ₁, n ₂, n ₃) to ( ni , ni , ni );

oCi = oCj · jCi (1) o C i = C j o j · C i (1)

Position von Bi*;Position of B i *;

P i = P j + oCj · P jj + oCi · P ii (2) P i = P j + j · P o C o C jj + i · P ii (2)

Teilwinkelgeschwindigkeit des Körpers Bi;Partial angular velocity of the body Bi;

w r i = iCj · w r j + j w r i (r = 1, . . . , n) (3) w r i = i · C j r j w j + w r i (.. r = 1,., n) (3)

in Bi-Basen.in bi-bases.

w t i = iCj w t j + j w t i (4) w t i = i C j w t j + j w t i (4)

in Bi-Basen.in bi-bases.

w i = iCj · w j + j w i (5) w i = i C j * w j + w i j (5)

in Bi-Basen.in bi-bases.

Teilgeschwindigkeit von Bj*;Partial speed of B j *;

Wenn j ≠ 0, istIf j ≠ 0,

V r i = (V r j)N + iCj · [(V r j) - w r j × P jj] + w r i × P ii + V r rel (6) V r i = ( V r j ) N + i C j · [( V r j ) - w r j × P jj ] + w r i × P ii + V r rel (6)

(V r j)N in N-Basen oder Bi-Basen.( V r j ) N in N bases or Bi bases.

V t = (V t j)N + Cj · [(V t j)L + w t j × P jj] + w t-i × P ii + V t rel (7) V t = ( V t j ) N + C j · (( V t j ) L + w t j × P jj ] + w t - i × P ii + V t rel (7)

V r j = (V r j)N + (V r j)L, N und Bj-Basen respektiv. V r j = ( V r j ) N + ( V r j ) L , N and Bj bases respectively.

V i = V j + oCj · (w j × P jj) + oCi · (w i × P ii + V-rel) in N-Basen (8) V i = V j + o C j · ( w j × P jj ) + o C i · ( w i × P ii + V - rel ) in N-bases (8)

oder j = 0;or j = 0;

V r i = V r o + w r i × P ii + V r rel (9) V r i = V r o + w r i × P ii + V r rel (9)

V r o in N-Basen oder Bi-Basen. V r o in N bases or Bi bases.

V t i = V t o + w t i × P ii + V t rel (10) V t i = V t o + w t i × P ii + V t rel (10)

V i = V o + oCi · (w i × P ii + V rel) (11) V i = V o + o C i · ( w i × P ii + V rel ) (11)

in N-Basen.in N bases.

Winkelbeschleunigung von Bi;Angular acceleration of Bi;

in Bi-Basen, kein Beitrag von r.in B i bases, no contribution from r .

Gesamte WinkelbeschleunigungTotal angular acceleration

in Bi-Basen.in B i bases.

Beschleunigung von Bi*, wenn j ≠ 0,Acceleration of B i * if j ≠ 0,

ist Zeitdifferenzierung von V rel in Bi-Basen, kein Beitrag von r, Zeit- Ableitung von ur.is time differentiation of V rel in B i bases, no contribution from r , time derivative from u r .

Gesamtbeschleunigung,Total acceleration,

qr in Ausdrücken von ur und qr, unter Verwendung vonq r in terms of u r and q r , using

[Wrs] = [Yrs]-i (17)[Wrs] = [Yrs] -i (17)

{Xr} = [Wrs] · {Zr} (18){Xr} = [Wrs] · {Zr} (18)

undand

Die dynamischen Gleichungen können in dem folgenden Format geschrieben werden:The dynamic equations can be found in the following Format to be written:

[Mrs] · {r} = {Rr} (20)[Mrs] · {r} = {Rr} (20)

Beim Vorstehenden ist [Mrs] eine n × n-Matrix, {r} ist eine n × 1-Matrix mit r, welches die Zeitableitung von ur ist und - {Rr} - ist eine n × 1-Matrix. Die kinema­ tischen Größen, auf die Bezug genommen ist, werden zum Definieren von M und R verwendet.In the above, [Mrs] is an n × n matrix, {r} is an n × 1 matrix with r, which is the time derivative of ur is and - {Rr} - is an n × 1 matrix. The kinema table sizes to which reference is made become Define M and R used.

M ist die System-Masse-Matrix.M is the system mass matrix.

wobei mi die Masse des Körpers Bi ist.
V r i, V s i aus Gleichung (6) oder (9).
Ii ist Inertia-Dyade von Körper Bi, da
where m i is the mass of the body B i .
V r i , V s i from equation (6) or (9).
I i is inertia dyad of body B i , there

Ii = I₁₁L ni ni + I₂₂L ni ni + I₃₃i ni ni + I₂₃i(ni ni + ni ni) + I₃₁i(ni ni + ni n-₃i) + I₁₂i(ni ni + ni ni) (22)I i = I₁₁ L ni ni + I₂₂ L ni ni + I₃₃ i ni ni + I₂₃ i ( ni ni + ni ni ) + I₃₁ i ( ni ni + ni n -₃ i ) + I₁₂ i ( ni ni + ni ni ) (22)

w r i, w s i aus Gleichung (3)
R ist die rechte Seite der dynamischen Gleichungen. Zunächst finde resultierende Kraft F i und resultie­ rendes Moment T i um Masse-Mitte aller Kräfte, die auf jeden Körper Bi wirken, wobei
w r i , w s i from equation (3)
R is the right side of the dynamic equations. First find the resulting force F i and resulting moment T i around the center of mass of all forces acting on each body B i , whereby

in N-Basen oder Bi-Basen.in N bases or B i bases.

Dann konstruiere Inertia-Drehmoment, kein Beitrag von r, eines jeden Körpers, BiThen construct inertia torque, no contribution from r, every body, bi

T i* = Ii · α i + w i × (Ii · w i) in Bi-Basen (25) T i * = I i · α i + w i × (I i × w i) in B i -Basen (25)

Ii ist Inertia-Dyadie von Bi, Gleichung (22)
α i ist aus Gleichung (12)
w i ist aus Gleichung (5)
Erhalte Rr durch:
I i is inertia dyadie of Bi, equation (22)
α i is from equation (12)
w i is from equation (5)
Get Rr by:

V r i aus Gleichung (6) oder (9)
mi Masse von Körper Bi
ªi aus Gleichung (4) oder (16)
F i aus Gleichung (23)
w r i aus Gleichung (3)
T i aus Gleichung (24)
T i* aus Gleichung (25)
V r i from equation (6) or (9)
m i mass of body B i
ª i from equation (4) or (16)
F i from equation (23)
w r i from equation (3)
T i from equation (24)
T i * from equation (25)

Die Zwangskraft auf Körper Bi bedeutet die resultierende Kraft und das resultierende Moment um einen Punkt, der ent­ weder in Bi oder Bj fixiert ist (der Körper, mit dem Bi von der "Baum"-Topologie verbunden ist), welches auf Bi durch Bj zusätzlich zu den gegebenen aktiven Kräften und Drehmomenten ausgeübt werden muß, um die Bewegungslösungen für das System zu schaffen. Das Problem ist folgendermaßen. Wenn die Bewegungen des Systems, alle aktiven Kräfte und Drehmomente, ein Körper Bÿ und ein Punkt Pc i, fixiert ent­ weder an Bi oder Bj, ausgedrückt in Ausdrücken eines Po­ sitionsvektors Pc von Bi* oder Bj* zum in Betracht kommen­ den Punkt in der körperfixierten Basis alle gegeben sind, muß F c i, die auf Bi durch Bj in diesen Basen oder Referen­ zen wirkende Zwangskraft und T c i, das Zwangsdrehmoment, er­ mittelt werden, welches auf Bi über Bj in diesen Basen oder Referenzen einwirkt. Um dieses Problem zu lösen, wer­ den die folgenden Verfahren unternommen:The constraining force on body Bi means the resulting force and moment around a point that is either fixed in Bi or Bj (the body to which Bi is connected by the "tree" topology), which is added to Bi by Bj to the given active forces and torques must be exerted in order to create the movement solutions for the system. The problem is as follows. If the movements of the system, all active forces and torques, a body Bÿ and a point P c i , are fixed either to Bi or Bj, expressed in terms of a position vector Pc from Bi * or Bj * to the point in question the body-fixed base are all given, F c i , the force acting on Bi by Bj in these bases or references and T c i , the force that must act on Bi via Bj in these bases or references must be determined. To solve this problem, who took the following procedures:

  • 1. Finde alle Körper einschließlich Bi, die einer der Zweige von Bi sind. Es ist dann eine Ge­ samtzahl von NTR-Körpern vorhanden, deren Zif­ fern in der Reihe ITR (k) gespeichert werden, wobei k = 1, . . . , NTR ist. 1. Find all bodies including bi one the branches of bi are. Then it's a Ge total number of NTR bodies available, the Zif remotely stored in the ITR (k) series, where k = 1,. . . , NTR is.  
  • 2. in N-Basen, wobei Index ITR(k) zutrifft auf m, ªT und F.
    mITR(k) ist Masse von Körper BITR(k).
    ªT ist erhalten aus Gleichung (15)
    F ITR(k) aus Gleichung (23), aufgelöst in N-Basen.
    2nd in N bases, where index ITR (k) applies to m, ª T and F.
    m ITR (k) is mass of body B ITR (k) .
    ª T is obtained from equation (15)
    F ITR (k) from equation (23), dissolved in N bases.
  • 3. Wenn Pc i fixiert ist an Bi, dann o P c L; Lage von Pc i ist o P c i = P i + o C i · P c (28)in N-Basen, wobei Pi aus Gleichung (2) ist und
    oCi aus Gleichung (1) ist, oder wenn Pv i fixiert ist an Bj, danno P c L = P j + oCj · Pc (29)
    3. If P c i is fixed to B i , then o P c L ; Location of P c i is o P c i = P i + o C i · P c (28) in N bases, where P i is from equation (2) and
    o C i from equation (1), or if P v i is fixed to Bj, then o P c L = P j + o C j · P c (29)
  • 4. T T* für alle Körper, spezifiziert in ITR(k) Reihen (T T*)i = Ii α T i + w i × (Ii · w i) (31)in Bi-Basen, wobei
    T i die Inertia-Dyade aus Gleichung (24) ist.
    α T i ist aus Gleichung (13).
    w i ist aus Gleichung (5).
    4. T T * for all bodies, specified in ITR (k) series ( T T *) i = I i α T i + w i × (I i · w i ) (31) in bi-bases, where
    T i is the inertia dyad from equation (24).
    α T i is from equation (13).
    w i is from equation (5).
  • 5. in N-Basen, wobei Index ITR(k) trifft zu auf
    T T*, T, P, m, ªT und F(T T*)ITR(k) ist aus Gleichung (31).
    T ITR(k) ist aus Gleichung (24).
    PITR(k) ist aus Gleichung (2).
    5. in N bases, where index ITR (k) applies to
    T T *, T , P, m, ª T and F ( T T *) ITR (k) is from equation (31).
    T ITR (k) is from equation (24).
    P ITR (k) is from equation (2).

Wenn ein "Baum"-Topologie-Mehrkörpersystem definiert ist, können dem System Grenzwertbedingungen auferlegt werden, um ein Mehrkörpersystem mit entweder Konfigurations- oder Bewegungs-Grenzwertbedingungen zu erzeugen. Konfigurations- und Bewegungs-Grenzwertbedingungen werden folgendermaßen definiert. Es sei hervorgehoben, daß diese beiden Arten von Grenzwertbedingungen sich auf Grenzwertbedingungen bei der relativen Konfiguration oder Bewegung zwischen zwei Körpern beziehen. Eine allgemeine Art einer Grenzwertbe­ dingung oder Zwangskraft, welche verwendet werden kann, um Systembewegungen zu begrenzen, wird nachfolgend diskutiert. Eine Konfigurations-Grenzwertbedingung ist durch die fol­ genden Größen definiert.If a "tree" topology multibody system is defined, limit conditions can be imposed on the system,  a multibody system with either configuration or To generate motion limit conditions. Configuration and motion limit conditions become as follows Are defined. It should be emphasized that these two types from limit value conditions to limit value conditions the relative configuration or movement between two Relate bodies. A general type of limit value condition or constraint that can be used to Limiting system movements is discussed below. A configuration limit condition is given by the fol defined sizes.

Zwei Körper Bi und BjTwo bodies Bi and Bj

Zwei Positionsvektoren, welche als P i G, P k H in Bi-Basen und Bk-Basen entsprechend erscheinen. Pi G ist der Positions­ vektor von Bi* zu einem Punkt G, und Pk H ist der Positionsvek­ tor von Bk* zu einem Punkt Hk. Diese beiden Vektoren sind Funktionen von qr und t oder Konstanten. Ein Einheitsvektor b, fixiert in Bi oder Bk, ausgedrückt in Bi oder Bk-Basen.
Konstante:
Eine Zeitpunktion ist definiert als
Two position vectors, which appear as P i G , P k H in Bi bases and Bk bases, respectively. P i G is the position vector from B i * to a point G, and P k H is the position vector from B k * to a point H k . These two vectors are functions of qr and t or constants. A unit vector b , fixed in B i or B k , expressed in B i or B k bases.
Constant:
A timing is defined as

wobei fT eine Konstante ist oder sein kann; N P G und N P H sind Positionen von G bzw. H in N.where f T is or can be a constant; N P G and N P H are positions of G and H in N.

Eine Bewegungs-Grenzwertbedingung kann durch die folgenden Größen definiert werden:A motion limit condition can be by the following Sizes are defined:

Zwei Körper Bi und Bk Two bodies B i and B k

Zwei Positionsvektoren P G, P H · P G ist von Bi* zu einem Punkt G und kann in zwei Komponenten Pi G und Pii G zer­ legt werden, je ausgedrückt in Bi-Basen und Bii i-Basen. Two position vectors P G , P H · P G is from B i * to a point G and can be broken down into two components P i G and P ii G , each expressed in B i bases and B ii i bases.

Bii ist ein Körper in dem System anders als Bi.B ii is a body in the system other than B i .

P G = P i G + P ii G (34) P G = P i G + P ii G (34)

ähnlichsimilar

P H = P k H + P kk H (35) P H = P k H + P kk H (35)

Ein Einheitsvektor b in ausgewählten Körperbasen, d. h. B₆-Basen. Konstante Komponenten.A unit vector b in selected body bases, ie B₆ bases. Constant components.

Eine Zeitfunktion fT ist definiert als:A time function f T is defined as:

wobei V G und VH Geschwindigkeit entsprechend von Punkten G und H sind, unter der Annahme, daß sie verzögerungsfrei in Bi und entsprechend Bk fixiert sind.where V G and V H are velocity corresponding to points G and H, assuming that they are fixed instantaneously in B i and corresponding to B k .

Eine allgemeine Grenzwertbedingung bzw. Grenzwert kann durch Schaffen von Koeffizienten Ar (r = 1, . . . , n) und B als Funktionen der Zeit und qr der nachfolgenden nicht-holonomen Grenzwertgleichung spezifiziert werden.A general limit value condition or limit value can be given by Creation of coefficients Ar (r = 1,..., N) and B as Functions of time and qr of subsequent non-holonomic ones Limit equation can be specified.

Bei Auferlegen aller genannten Grenzwertbedingungen, die zu m-Grenzwertgleichungen führen, besitzt das System p Freiheitsgrade, wobeiIf all the limit value conditions mentioned are imposed, the the system has p Degrees of freedom, where

p = n-m (38)p = n-m (38)

ist.is.

Die folgende kinematische Ableitung erfolgt für den Zweck des Erstellens einer Grenzwertbedingungsgleichung der Form, wie sie durch Gleichung (37) für jede der Konfigurations- oder Bewegungsgrenzwertbedingungen gegeben sind, und durch Differenzierungen, um die zugeordnete Grenzwertgleichung in r zu erstellen, um Größen D wieThe following kinematic derivation is for the purpose creating an equation of limit condition, as given by equation (37) for each of the configuration  or movement limit conditions are given, and by Differentiations to the assigned limit equation in r to create sizes D like

zu erzeugen, wobei D ausgedrückt werden kann alsto produce, where D can be expressed as

Durch Kombinieren dieser Gleichungen für alle Grenzwert­ bedingungen können die gesamten Gleichungen in einem Ma­ trixformat beschrieben werden.By combining these equations for all limit conditions can measure the entire equations in one measure trixformat can be described.

[Aer] {Ur} + {Be} = 0 (41)[Aer] {U r } + {Be} = 0 (41)

[Aer] {r} + {De} = 0 (42)[Aer] { r } + {De} = 0 (42)

In den Gleichungen (41) und (42) ist [Aer] eine m × n-Matrix, {ur} und {r} sind n×1-Matrizen enthaltend ur und r und [Be] und [De] m×1-Matrizen. Die Konfigura­ tions-Grenzwertbedingungen sind in Ausdrücken von qr und t explicit ausgedrückt, um die Bestimmung eines Satzes von qr und t zu erleichtern, welche diese Gleichungen erfüllen.In equations (41) and (42) [Aer] is an m × n matrix, {ur} and {r} are n × 1 matrices containing ur and r and [Be] and [De] m × 1 matrices. The configura tion limit conditions are in terms of qr and t expressed explicitly to determine a set of to facilitate qr and t which satisfy these equations.

N P G = P i + oCi · P i G (43) N P G = P i + o C i · P i G (43)

N P H = P k + oCk · P k H (44) N P P H = k o + C k · P k H (44)

wobei
P i, P k aus Gleichung (2) ist,
oCi, oCk aus Gleichung (1) ist.
in which
P i , P k from equation (2),
o C i , o C k from equation (1).

Dann wende Gleichung (3) an, um Konfigurations-Grenz­ wertbedingungs-Gleichungen in Ausdrücken von qr und t zu bilden,Then apply equation (3) to set configuration limits value condition equations in expressions of qr and t to build,

g (qr, t) = 0 (45)g (qr, t) = 0 (45)

Dann erhalte zugeordnete Bewegungs-Grenzwertbedingungs- Gleichung in Form einer Gleichung (37) und (39)Then get assigned motion limit condition Equation in the form of equations (37) and (39)

in N-Basen oder Bi-Basen.in N bases or B i bases.

V r i aus Gleichung (6) oder (9).
wi aus Gleichung (3)
V r i from equation (6) or (9).
wi from equation (3)

Zeitableitung von P i G in Bi-Referenz in Bi-Basen. Gleichung (19) usw.Time derivative of P i G in B i reference in B i bases. Equation (19), etc.

in N-Basen oder Bi-Basen.in N bases or B i bases.

V t i aus Gleichung (7)
w t i aus Gleichung (4)
V t i from equation (7)
w t i from equation (4)

V i in N-Basen oder Bi-Basen aus Gleichung (8) oder (11) V i in N bases or Bi bases from equation (8) or (11)

ªi in N-Basen oder Bi-Basen
ªi aus Gleichung (14) oder (16)
α i aus Gleichung (12)
w i aus Gleichung (5), dann ebenfalls
ª i in N bases or Bi bases
ª i from equation (14) or (16)
α i from equation (12)
w i from equation (5), then likewise

Sei b = i, wenn b ist fixiert in Bi und b = k, wenn b ist fixiert in Bk, dann:Let b = i, if b is fixed in B i and b = k, if b is fixed in B k , then:

Ar = b · [V r G - V r H - w r b × (N P G - N P H) (54)
V r G aus Gleichung (46)
V r H aus Gleichung (47)
w r b aus Gleichung (3)
N P G, N P H aus Gleichungen (43) und (44).
Ar = b · [ V r G - V r H - w r b × ( N P G - N P H ) (54)
V r G from equation (46)
V r H from equation (47)
w r b from equation (3)
N P G , N P H from equations (43) and (44).

Dies sind die Zwangsgleichungen in der Form der Gleichungen (37) und (39).These are the compulsory equations in the form of the equations (37) and (39).

Nachfolgend wird beschrieben, wie ein Satz von qr und t erhalten wird, welcher sämtliche Konfigurations-Grenz­ wertbedingungen befriedigt. Wenn L die Gesamtzahl dieser Grenzwertbedingungen ist, können sämtliche Konfigurations- Grenzwert-Bedingungen kombiniert werden, um zu erhalten:The following describes how a set of qr and t is obtained, which all configuration limits value conditions satisfied. If L is the total number of these Limit value conditions, all configuration Threshold conditions can be combined to get:

ge(qr, t) = 0 (e = 1, . . . , L) (57)ge (qr, t) = 0 (e = 1,..., L) (57)

[Aer] {Ur} + Be = 0 (r = 1, . . . , n) (58)[Aer] {Ur} + Be = 0 (r = 1,..., N) (58)

Um die Verwendung der Newton-Raphson-Methode zum Lösen des nichtlinearen Gleichungssatzes der Gleichungen (57) zu demonstrieren, sei angenommen, daß die ersten L qr Unbe­ kannte sind, deren Werte zu lösen sind und der Rest der qr fixierte bekannte Größen haben. Die folgende Matrix wird erhalten: To use the Newton-Raphson method to solve the nonlinear set of equations of equations (57) demonstrate, assume that the first L qr Unbe are known, whose values have to be solved and the rest of the qr have fixed known sizes. The following matrix will receive:  

erste L Säulen, wobei [Yrs] eine n × n-Matrix ist, die in der Beziehung für die Lösung für ur definiert ist. Mit den Gleichungen (57), (59) und einem anfänglichen Schätzen des Wertes von qr (r = 1, . . . , n) ist die Lösung für qr mit der Newton-Raph­ son-Methode möglich.first L pillars, where [Yrs] is an n × n matrix that is in the relationship is defined for the solution for ur. With the equations (57), (59) and an initial estimate of the value of qr (r = 1,..., n) is the solution for qr with the Newton-Raph son method possible.

Die Ableitung der Bewegungszwangsbedingungen (motion con­ straint equations) folgt.Deriving the constraints on movement (motion con straint equations) follows.

V r G = V r i + w r i × P G (60)
in N-Basen oder Bi-Basen
V r i ist aus Gleichung (6) oder (9)
w r i ist aus Gleichung (3)
P G ist aus Gleichung (2) in Bi-Basen und
V t G = V t i + w t i × P G (61)
V r H = V r k + w r k × P H (62)
V t H = V t k + w t k × P H (63)
V G = V i + w i × P G, (64)
V i in N-Basen oder Bi-Basen.
V i aus Gleichung (8)
w i aus Gleichung (5) und
V H = V k + w k × P H (65)
V r G = V r i + w r i × P G (60)
in N-bases or Bi-bases
V r i is from equation (6) or (9)
w r i is from equation (3)
P G is from equation (2) in bi-bases and
V t G = V t i + w t i × P G (61)
V r H = V r k + w r k × P H (62)
V t H = V t k + w t k × P H (63)
V G = V i + w i × P G , (64)
V i in N bases or Bi bases.
V i from equation (8)
w i from equation (5) and
V H = V k + w k × P H (65)

ªi in N-Basen oder Bi-Basenª i in N bases or Bi bases

unter der Annahme, daß G augenblicklich fixiert ist in Bi, in N
ªi ist aus Gleichung (14) oder (16)
w i, wii sind aus Gleichung (5)
P i G, P ii G aus Gleichung (34)
assuming that G is currently fixed in Bi, in N
ª i is from equation (14) or (16)
w i , w ii are from equation (5)
P i G , P ii G from equation (34)

in Bi-Basenin bi-bases

in Bii-Basen
α i aus Gleichung (12) und
in B ii bases
α i from equation (12) and

Ar = b · [V r G - V r H] (68)Ar = b · [ V r G - V r H ] (68)

b aus Gleichung (36)
V r G aus Gleichung (60)
V r H aus Gleichung (62)
B = b · [V t G - V t H] - fT (69)
b from equation (36)
V r G from equation (60)
V r H from equation (62)
B = b · [ V t G - V t H ] - f T (69)

ªG aus Gleichungen (66) und (67).
w b aus Gleichung (5).
V G, V H aus Gleichungen (64) und (65).
ª G from equations (66) and (67).
w b from equation (5).
V G , V H from equations (64) and (65).

Da Ar und B in diesem Fall als Funktionen von qr und t gege­ ben sind, ist in dem Fall der allgemeinen Grenzwertbedingung lediglich erforderlich, D zu ermitteln über die Beziehung:Since Ar and B in this case are given as functions of qr and t ben is in the case of the general limit condition only necessary to determine D using the relationship:

wobeiin which

Die dynamischen Gleichungen sind die Kombination der holo­ nomen dynamischen Gleichungen, diejenigen für das "Baum"- Topologie-System vor Auferlegung der Grenzwertbedingungen mit dem Zusatz des Beitrages aus dem Lagrange-Multiplikator λe, zugeordnet einer jeden Grenzwertbedingung und der Ge­ samtheit der Grenzwertbedingungsgleichungen. Diese Gleichun­ gen können aus Gleichung (20) mit dem Beitrag von λe und Gleichungen (41) und (44) geschrieben werden als:The dynamic equations are the combination of the holo nomen dynamic equations, those for the "tree" - Topology system before imposing the limit conditions with the addition of the contribution from the Lagrange multiplier λe, assigned to each limit condition and the Ge totality of the limit value equations. This equation  gen can from equation (20) with the contribution of λe and equations (41) and (44) are written as:

[M] {} = {R} + [A]T {λ} (74)[M] {} = {R} + [A] T {λ} (74)

[A] {U} + {B} = 0 (75)[A] {U} + {B} = 0 (75)

[A] {} + {D} = 0 (76)[A] {} + {D} = 0 (76)

In Gleichungen (74), (75) und (76) ist M eine n × n-Matrix, R eine n×1-Matrix, Lambda eine m×1-Matrix, A eine m×n-Matrix und B und D sind m×1-Matrizen. Es sollte noch­ mals hervorgehoben werden, daß n die holonomen Freiheitsgrade des mechanischen Systems darstellt und m die Gesamtzahl von Grenzwertbedingungen des Systems ist. Die nicht-holonomen Freiheitsgrade p sind demzufolge p=n-m, wie dies in Glei­ chung (38) gezeigt ist.In equations (74), (75) and (76), M is an n × n matrix, R an n × 1 matrix, lambda an m × 1 matrix, A one m × n matrix and B and D are m × 1 matrices. It should still be be emphasized that n is the holonomic degrees of freedom of the mechanical system and m is the total number of System limit value conditions. The non-holonomic Degrees of freedom p are therefore p = n-m, as in Glei chung (38) is shown.

Um die Diskussionen zu vereinfachen, sei angenommen, daß die ersten P ur, bezeichnet als uI, als unabhängige verallgemei­ nerte Geschwindigkeiten ausgewählt sind, wobei die verblei­ benden m ur mit uD beschrieben sind und abhängige verallge­ meinerte Geschwindigkeiten sind. Die Matrix A kann demzu­ folge in zwei Teile AI und AD zerlegt werden, und die Glei­ chungen (75) und (76) können folgendermaßen geschrieben wer­ den:To simplify the discussions, assume that the first pur, referred to as uI, as an independent generalization nert speeds are selected, with the lead are described with uD and dependent generalizations mean speeds are. The matrix A can do this follow to be broken down into two parts AI and AD, and the glide (75) and (76) can be written as follows the:

In ähnlicher Weise können M und R zerlegt werden, und die Gleichung (74) kann folgendermaßen geschrieben werden.Similarly, M and R can be decomposed, and the Equation (74) can be written as follows.

Die folgende Erläuterung des Problems kann vorgenommen wer­ den. Wenn M, R, A, B, D und uI gegeben sind, können uD, I (zu integrieren), D (lediglich zum Berechnen von Beschleu­ nigungen zu verwenden) und λ gefunden werden.The following explanation of the problem can be made the. If M, R, A, B, D and uI are given, uD, I (to be integrated), D (only for calculating acceleration tendencies to use) and λ can be found.

Die folgende Diskussion der Lösung dieses mathematischen Problems wird in zwei Kategorien unterteilt. Die erste Kate­ gorie behandelt einen dynamischen Fall, d. h. p ist nicht gleich Null. Die zweite Kategorie behandelt einen kinemati­ schen Fall, in welchem p gleich Null ist. In dem dynamischen Fall, in welchem p nicht gleich Null ist, werden die Ma­ trizen für Ac, Bc und Dc folgendermaßen konstruiert:The following discussion of the solution to this mathematical Problems is divided into two categories. The first Kate gory deals with a dynamic case, i. H. p is not equals zero. The second category deals with a kinemati case in which p is zero. In the dynamic In the case where p is not zero, the Ma trices for Ac, Bc and Dc constructed as follows:

Ac = -AD -1 · AI (80)Ac = -A D -1A I (80)

Bc = -AD -1 · B (81)Bc = -A D -1B (81)

Dc = -AD -1 · D (82)Dc = -A D -1D (82)

Ac ist eine m×p-Matrix und Bc und Dc sind m×1-Matrizen. Dann erhalte uD durch die folgende Beziehung:Ac is an m × p matrix and Bc and Dc are m × 1 matrices. Then get uD from the following relationship:

{UD = [Ac] {UI} + {Bi} (83){U D = [Ac] {U I } + {B i } (83)

Konstruiere die Matrizen für Mc (p×p) und Rc (p×1) folgendermaßen:Construct the matrices for Mc (p × p) and Rc (p × 1) as follows:

MC = MI + MID · AC + (MID · AC)T + AC TMDAC (84)M C = M I + M IDA C + (M IDA C ) T + A C T M D A C (84)

RC = RI + AC T D - (MID + AC TMD) · DC (85)R C = R I + A C T D - (M ID + A C T M D ) D C (85)

Dann erhalte I über die Beziehung:Then I get about the relationship:

{I} = [MC]-1 {RC} (86){ I } = [M C ] -1 {R C } (86)

Erhalte D durch die Beziehung:Get D from the relationship:

{D} = [AC] {I} + {DC} (87){ D } = [A C ] { I } + {D C } (87)

Erhalte λ durch die Beziehung:Get λ from the relationship:

{λ} = AD -T [-RD + (MID T + MDAC)I + MD · DC] (88){λ} = A D -T [-R D + (M ID T + M D A C ) I + M D · D C ] (88)

Es sei hervorgehoben, daß die Gleichung (86) die dynami­ schen Gleichungen des nicht-holonomen Sytems darstellt.It is emphasized that equation (86) dynami equations of the non-holonomic system.

In der kinematischen Kategorie, bei welcher p gleich Null ist, ist A eine n × n-Matrix und alle ur sind abhängige Variable. u und werden durch die Beziehungen erhalten:In the kinematic category, where p is zero A is an n × n matrix and all ur are dependent Variable. u and are obtained through the relationships:

{U} = -A-1 · B (89){U} = -A -1 · B (89)

{} = -A-1 · D (90){} = -A -1 · D (90)

λ ist durch folgende Beziehung erhalten:λ is obtained from the following relationship:

λ = A-T · [-R + M · ] (91)λ = A -T · [-R + M ·] (91)

Alle r werden nicht integriert, sondern lediglich benutzt, um eine Beschleunigungsinformation zu erhalten. All r are not integrated, but only used, to get acceleration information.  

Die Zwangskräfte für ein nicht-holonomes System bestehen aus zwei Arten von Kräften oder Drehmomenten. Die erste Art umfaßt die Kraft, die erforderlich ist, um jede Zwangs­ bedingung aufrechtzuerhalten, welche dem beschriebenen "Baum"-Topologie-System auferlegt ist. Diese Kräfte sind auf die Lagrange-Multiplikatoren bezogen. Die zweite Art der Zwangskraft ist die Zwangskraft oder Drehmoment, welches zwi­ schen zwei benachbarten Körpern in der "Baum"-Topologie be­ steht. Jedoch müssen diese Kräfte und Momente modifiziert werden, um den Beitrag von der ersten Art der Zwangskräfte oder Momente einzuschließen. Bei einer Zwangskraft aus den Zwangsbedingungsgleichungen ist kein zusätzliches Berechnen erforderlich. Es ist lediglich eine Tatsache, wie der La­ grange-Multiplikator interpretiert wird, wie er aus den Gleichungen (88) oder (91) als Interaktionskräfte zwischen den beiden Körpern erhalten wird, deren Relativbewegung durch die Grenzwertbedingungsgleichungen zwangsläufig ist. Diese physikalische Interpretation ist lediglich für die Kon­ figurations- und Bewegungs-Zwangsbedingungen, jedoch nicht für eine allgemeine Grenzwertbedingung möglich.The constraints for a non-holonomic system exist from two types of forces or torques. The first Kind includes the force that is required to overcome any coercion to maintain the condition described "Tree" topology system is imposed. These powers are on the Lagrangian multipliers. The second type of Coercive force is the coercive force or torque that two adjacent bodies in the "tree" topology stands. However, these forces and moments have to be modified to be the contribution of the first type of coercive forces or include moments. With a force from the Constraint equations are not an additional calculation required. It's just a fact of how the La grange multiplier is interpreted as it from the Equations (88) or (91) as interaction forces between the two bodies is obtained, their relative movement is inevitable due to the limit value equations. This physical interpretation is only for the Kon configuration and movement constraints, but not possible for a general limit value condition.

Für eine Konfigurations-Grenzwertbedingung kann der Lagrange- Multiplikator λ folgendermaßen interpretiert werden: Wenn b in Bi fixiert ist, ist λ die Meßnummer der auf Bi durch Bk im Punkt H in Richtung b wirkenden Kraft. Wenn alternativ b in Bk fixiert ist, ist λ die Meßzahl der auf Bi durch Bk im Punkt G in der b-Richtung wirkenden Kraft. Für eine Bewe­ gungs-Grenzwertbedingung wird der Lagrange-Multiplikator als die Meßnummer der Kraft interpretiert, welche auf Bi über Bk im Punkt G in der b-Richtung wirkt, und minus λ wird als die Meßnummer der Kraft interpretiert, welche auf Bk über Bi im Punkt G in der b-Richtung wirkt.For a configuration limit value condition, the Lagrangian multiplier λ can be interpreted as follows: If b is fixed in Bi, λ is the measurement number of the force acting on Bi by Bk at point H in direction b . Alternatively, if b is fixed in Bk, λ is the measurement number of the force acting on Bi through Bk at point G in the b direction. For a motion limit condition, the Lagrangian multiplier is interpreted as the measurement number of the force acting on Bi over Bk at point G in the b direction, and minus λ is interpreted as the measurement number of the force acting on Bk over Bi im Point G in the b direction acts.

Die Lösungswege hinsichtlich der Zwangskräfte sind gültig mit der Ausnahme, daß Fi und Ti modifiziert werden müssen, bevor die Gleichungen (30) und (32) angewandt werden. Diese Modifikation besteht für den Zweck der Berücksich­ tigung des Beitrages aus dem Lagrange-Multiplikator λ. Wie oben erwähnt ist, ist eine Auswertung der Zwangskraft zwischen Bi und Bj nicht möglich, wenn das zu analysierende Mehrkörpersystem allgemeine Zwangsbedingungen enthält. Jede Konfigurations-Grenzwertbedingung muß demzufolge folgender­ maßen modifiziert werden:The constraint approaches are valid except that Fi and Ti must be modified before applying equations (30) and (32). This modification consists of the Lagrangian multiplier λ for the purpose of considering the contribution. As mentioned above, an evaluation of the constraining force between Bi and Bj is not possible if the multibody system to be analyzed contains general constraints. Each configuration limit condition must therefore be modified as follows:

Wenn b in Bi fixiert ist:If b is fixed in Bi:

F iF i + λb (92) F iF i + λ b (92)

F kF k - λb (93) F kF k - λ b (93)

T iT i + (N P H - P i) × (λb) (94) T iT i + ( N P H - P i ) × (λ b ) (94)

T kT k + P k H × (-λb) (95) T kT k + P k H × (-λ b ) (95)

wenn b in Bk fixiert ist;when b is fixed in B k ;

F iF i + λb (96) F iF i + λ b (96)

F kF k - λb (97) F kF k - λ b (97)

T iT i + Pi G × (λb) (98) T iT i + P i G × (λ b ) (98)

T kT k + (N P G - P k) × (-λb) (99) T kT k + ( N P G - P k ) × (-λ b ) (99)

Für jede Bewegungs-Zwangsbedingung ist eine Modifikation wie folgt erforderlich:There is a modification for each movement constraint required as follows:

F iF i + λb (100) F iF i + λ b (100)

F kF k - λb (101) F kF k - λ b (101)

T iT i + P G × (λb) (102) T iT i + P G × (λ b ) (102)

T kT k + P H × (-λb) (103) T kT k + P H × (-λ b ) (103)

Drei Wege des Auferlegens von Grenzwertbedingungen auf ein "Baum"-Topologie-mechanisches Mehrkörpersystem wurden eingeführt, um ein einfaches nicht-holonomes Mehrkörper­ system zu erhalten. Ein teilweises Mehrkörpersystem kann definiert werden durch Auferlegen eines Teils oder eines "Satzes" aus den gesamten Grenzwertbedingungen auf das "Baum"-Topologie-System zu einer Zeit, so daß np unterschied­ liche nicht-holonome Systeme geschaffen werden. Da diese nicht-holonome Systeme geschaffen werden, indem unterschied­ liche Sätze von Grenzwertbedingungsgleichungen auf das glei­ che "Baum"-Topologie-System auferlegt werden, wird die Be­ zeichnung "teilweises Mehrkörpersystem" verwendet, um die Sammlung dieser unterschiedlichen Systeme zu bezeichnen. Diese Sammlung von Systemen kann dann in einem einzigen Simu­ lierprogramm zwecks Analyse zusammengefaßt werden. Wenn Kinematik und Dynamik bereits für das "Baum"-Topologie-Mehr­ körpersystem abgeleitet sind und Ar, B oder D für jede Grenzwertbedingung konstruiert sind (Konfiguration, Bewe­ gung bzw. allgemein) ist es lediglich erforderlich, einen Satz von Ar, B und D zu sammeln, entsprechend welchem Grenz­ wertbedingungen aufzuerlegen sind und die Matrizen {Aer}, {Be} und {De} zu bilden, wie sie in Gleichungen (41) und (42) für den nicht-holonomen Zeitteil definiert sind. Die Gleichungen (74) bis (91) können dann auf jedes nicht-holo­ nome Teil angewandt werden.Three ways of imposing limit conditions a "tree" topology mechanical multibody system  introduced to a simple non-holonomic multibody system. A partial multi-body system can can be defined by imposing a part or an "Sentence" from the total limit conditions on the "Tree" topology system at a time so that np distinguished non-holonomic systems. This one non-holonomic systems can be created by differentiating sets of limit condition equations to the same che "tree" topology system are imposed, the Be drawing "partial multibody system" used to To designate collection of these different systems. This collection of systems can then be in a single Simu program for analysis. If Kinematics and dynamics already for the "tree" topology more body system are derived and Ar, B or D for each Limit condition are constructed (configuration, ev supply or in general) it is only necessary to have one Collect the set of Ar, B and D, according to which limit conditions of value are to be imposed and the matrices {Aer}, {Be} and {De} to form as in Equations (41) and (42) are defined for the non-holonomic time part. The Equations (74) to (91) can then apply to any non-holo nome part can be applied.

Um die Simulierung eines mechanischen teilweisen Mehrkörper­ systems durchzuführen, sind zwei zusätzliche Informationen erforderlich. Die erste besteht darin, wie das Analyse­ system bestimmen kann, welches Teil zu der laufenden Zeit zu simulieren ist. Dies umfaßt das Bestimmen des anfänglich zu verwendenden Teiles und die Kriterien zum Schalten von einem Teil zu einem anderen. Die zweite geforderte Informa­ tion besteht darin, was das Analysesystem bei diesem Über­ gang tun soll, wenn die Konfiguration oder Bewegung des Systems kurz vor dem Übergang nicht die Konfigurations- oder Bewegungs-Grenzwertbedingungen nach dem Schalten auf das neue Teil zwecks Simulierung erfüllt. In dem Simulations­ system werden diese beiden Informationen durch den Model­ lierer des mechanischen Systems geschaffen.To simulate a mechanical partial multibody systems are two additional pieces of information required. The first is how the analysis system can determine which part at the current time is to be simulated. This involves determining the initially part to be used and the criteria for switching one part to another. The second required informa tion is what the analytical system should do when the configuration or movement of the Systems just before the transition did not change the configuration or Movement limit conditions after switching to  new part fulfilled for simulation. In the simulation system, these two pieces of information are provided by the model mechanical system.

Die Energieprüffunktion wird folgendermaßen durchgeführt:The energy test function is carried out as follows:

Gr, Qr, S, , K₂ und K₀ seien definiert alsGr, Qr, S,, K₂ and K₀ are defined as

V r i aus Gleichung (6) oder (9)
F i aus Gleichung (23)
w r i aus Gleichung (3)
T i aus Gleichung (24)
V r i from equation (6) or (9)
F i from equation (23)
w r i from equation (3)
T i from equation (24)

Asr aus Gleichung (41)
λ aus Gleichung (88) oder (91)
Asr from equation (41)
λ from equation (88) or (91)

mi ist Masse des Körpers B
V i aus Gleichung (8) oder (11)
m i is mass of body B
V i from equation (8) or (11)

w i aus Gleichung (5).
Ii ist Inertia-Dyade (inertia dyadic) von Bi aus Gleichung (22)
w i from equation (5).
I i is inertia dyadic of B i from equation (22)

K₂ = ½ {Ur}T · [M] · {Ur} (108)
Ur ist verallgemeinerte Geschwindigkeit
M ist holonome Massenmatrix, Gleichung (21)
K₂ = ½ {U r } T · [M] · {Ur} (108)
U r is generalized speed
M is a holonomic mass matrix, equation (21)

mi ist Masse des Körpers Bi
V t i aus Gleichung (7) oder (10)
Ii ist Inertia-Dyade von Bi
w t i aus Gleichung (14).
m i is the mass of the body B i
V t i from equation (7) or (10)
I i is inertia dyad of B i
w t i from equation (14).

Die Energieprüffunktion E ist definiert als:The energy test function E is defined as:

E = Z + K2 - K0 (110)E = Z + K2 - K0 (110)

In Gleichung (110) ist Z die Integration von nach Glei­ chung (107). Die Integration sollte von der Integration von r (r = 1, . . . , n-m) und r (r = 1, . . . , n) begleitet sein. Wenn E nicht konstant bleibt, sind die Simulations­ ergebnisse nicht genau. Wenn E konstant bleibt, garantiert dies nicht die Simulationsgültigkeit, ist indessen als Genauigkeitsindikator anzusehen.In equation (110), Z is the integration of after Glei chung (107). The integration should be from the integration accompanied by r (r = 1,.., n-m) and r (r = 1,..., n) be. If E does not remain constant, the simulations are results not exactly. If E remains constant, guaranteed this is not the validity of the simulation, but is as Accuracy indicator.

Die kinematische Simulation zeigt an, daß keine verallge­ meinerten Koordinaten qr oder verallgemeinerte Geschwin­ digkeiten ur beim Definieren des "Baum"-Topologie-mecha­ nischen Multikörpersystems eingeführt worden sind. Mit an­ deren Worten ist n = Null. In diesem Fall wird lediglich in Gleichung (107) in der Computerenergieprüffunktion E integriert. Es sei hervorgehoben, daß die Größen in Glei­ chung (108) und die Summierung vonThe kinematic simulation shows that no general meant coordinates qr or generalized speed  only when defining the "tree" topology mecha African multibody systems have been introduced. With an whose words is n = zero. In this case, only  in equation (107) in the computer energy test function E integrated. It should be emphasized that the sizes in Glei chung (108) and the summation of

in Gleichung (107) gleich Null sind. Da zusätzlich V i = V t i ist, wird die Energieprüffunktion E in Gleichung (110) zuin equation (107) are zero. In addition, since V i = V t i , the energy test function E in equation (110) becomes

Eine inverse kinematische Simulation zeigt an, daß die Ge­ samtzahl von qr, die in das "Baum"-Topologie-mechanische System eingeführt ist, gleich der Gesamtzahl von Grenzwertbe­ dingungen ist. Mit anderen Worten ist n = m. Das System hat demzufolge Null Freiheitsgrade, d. h. p = Null. In solch einem Fall werden lediglich r (r = 1, . . . , n) aus Gleichung (16) und aus Gleichung (107) integriert. ur und r (r = 1, . . . , n) werden durch entsprechendes Verwenden der Glei­ chungen (89) und (90) erhalten, und λr wird über die Glei­ chung (91) erhalten. Körperbewegungen werden durch die Glei­ chungen (1), (2), (5), (8), (11), (13) und (15) zu jeder Zeitstufe erhalten, und die Größen Fi und Ti (i = 1, . . . , u) werden unter Verwendung der Gleichungen (23) und (24) und (92) bis (103) berechnet, um die Auswertung der Zwangskraft zu erleichtern, wie dies erläutert ist.An inverse kinematic simulation indicates that the total number of qr introduced into the "tree" topology mechanical system is equal to the total number of limit conditions. In other words, n = m. The system therefore has zero degrees of freedom, ie p = zero. In such a case, only r (r = 1,..., N) from equation (16) and from equation (107) are integrated. ur and r (r = 1,..., n) are obtained by using equations (89) and (90) accordingly, and λr is obtained via equation (91). Body movements are obtained by the equations (1), (2), (5), (8), (11), (13) and (15) at each time stage, and the quantities F i and T i (i = 1 ,..., u) are calculated using equations (23) and (24) and (92) to (103) to facilitate the evaluation of the constraining force, as explained.

Dynamische Simulation eines mechanischen Mehrkörpersystems heißt, daß nach Auflegen von Zwangsbedingungen das Mehrkör­ persystem Nicht-Null-Freiheitsgrade aufweist, d. h. p = n - m größer als Null. Die dynamische Simulation kann in zwei Kate­ gorien unterteilt werden: (1) "Baum"-Topologie-System (m = 0); und (2) Mehrkörpersystem mit Grenzwertbedingungen (m nicht gleich Null). Dynamic simulation of a mechanical multi-body system means that after imposing constraints, the multi-body persystem has non-zero degrees of freedom, d. H. p = n - m greater than zero. The dynamic simulation can be divided into two categories gories are divided: (1) "tree" topology system (m = 0); and (2) multi-body system with limit value conditions (m not zero).  

Für beide Fälle wird r, das in Gleichung (19) gezeigt ist, und , das in Gleichung (107) gezeigt ist, integriert werden. Körperbewegungen werden unter Anwendung der Gleichungen (1), (2), (5), (8), (11), (13) und (18) bei jedem Zeitschritt berech­ net. Zusätzlich zu diesen Berechnungen werden auch die folgenden Größen berech­ net werden. In dem Fall eines "Baum"-Topologiesystems (m = Null) wird Gleichung (20) für r gelöst werden, und r wird integriert werden, um ur (r = 1, . . . , n) zu erhalten. Fi und Ti (i = 1, . . . , µ) werden unter Anwendung der Gleichungen (23) und (24) bei jedem Ausdruckschritt berechnet, um einen hierin zuvor diskutierten Grenzwertbedingungsschätzwert zu erhalten. Betrachtet man ein System mit Grenz­ wertbedingungen (m nicht gleich Null), wird I aus Gleichung (86) integriert, um uI zu erhalten. Auch uD aus Gleichung (83), D aus Gleichung (87) und λ aus Gleichung (88) werden bei jedem Ausdruckschritt geschätzt werden. Zusätzlich werden Fi und Ti (i = 1, . . . , µ) unter Anwendung der Gleichungen (23), (24) und der Gleichungen (92) bis (103) berechnet werden, um eine hierin zuvor diskutierte Grenzwertbedingungsabschätzung zu ermöglichen.For both cases, r shown in equation (19) and that shown in equation (107) will be integrated. Body movements are calculated using equations (1), (2), (5), (8), (11), (13) and (18) at each time step. In addition to these calculations, the following quantities will also be calculated. In the case of a "tree" topology system (m = zero), equation (20) will be solved for r, and r will be integrated to get ur (r = 1,..., N). F i and T i (i = 1,..., Μ) are calculated using equations (23) and (24) at each expression step to obtain a threshold condition estimate previously discussed. If one considers a system with limit value conditions (m not equal to zero), I from equation (86) is integrated in order to obtain uI. UD from equation (83), D from equation (87) and λ from equation (88) will also be estimated at each expression step. In addition, F i and T i (i = 1,..., Μ) will be calculated using equations (23), (24) and equations (92) through (103) to enable a threshold condition estimate discussed hereinbefore .

Wie es in Fig. 2 gesehen werden kann, beginnt dieses System mit einer Informa­ tionseingabe durch einen Modellierer, der als ein Individuum mit einer Ausbildung relativ hohen Rangs in bezug auf die Charakteristiken und einer Analyse mechani­ scher Systeme definiert ist. Die Eingaben werden durch eine Tastatur oder eine andere Eingabevorrichtung 14 zu einem Vorprozessor 13 durchgeführt. Der Ausgang des Vorprozessors ist mit einem symbolischen Generator 15 verbunden, der als Wandler zum Erzeugen neuer Information funktioniert. Bestimmte Dateien werden durch den symbolischen Generator erzeugt und erscheinen als Simulationsquellenco­ des und Dokumentation 16. Der Ausgang vom Modul 16 der Fig. 2 wird durch Medien wie beispielsweise Disketten, Bänder und Ausdrucke zu einem Texteditor und Compiler 17 übertragen. Andere Anwendereingaben, die durch die gleiche oder eine andere Tastatur 14 eingegeben werden können, können von dem Modellierer durchgeführt werden oder von einem Anwender, der mit den bestimmten mechani­ schen Systemen, die analysiert werden, vertraut ist, die mechanischen Systeme aber nicht notwendigerweise so gut versteht wie der Modellierer. Es sollte angemerkt werden, daß der Medienausgang von dem Simulationsquellencodemodul 16 enthalten und tragbar ist, und von einem Anwender oder einem Modellierer vor Ort oder entfernt davon benutzt werden kann, wie es gewünscht und angenehm ist. Der Ausgang von dem Texteditor und Compiler 17 ist mit einem System-Datenmodul 18 gekoppelt, zusammen mit der Eingabe des Anwenders über die Tastatur 14. Das System-Datenmodul nimmt Symbole, Anfangsbedingungen und Zeitparameter für eine Simulation auf. Vom System-Datenmodul erzeugte Dateien werden als Eingang zu dem Simulator 19 geliefert. Die Dateien werden zu dem Simulations­ ausführungscode 20 geliefert, um die aktuelle mechanische Multikörper-Simulation zu schaffen. Die Ergebnisse der Simulation werden zu einem Postprozessor 21 weitergeleitet, der mit der Anwender-Eingabetastatur 14 und mit dem System- Datenmodul 18 gekoppelt ist. Der Postprozessor schafft die Möglichkeit für einen Anwender, Ergebnisdaten der Simulation zu manipulieren, um Dateien zu erzeugen, die ausgewählte Mengen in einem anwenderspezifischen Format bei 22, in xy-Koor­ dinatendaten bei 23 und in Bewegungsbild-Simulationsergebnissen bei 24 enthalten. Die Dateien, Koordinaten und bewegten Bilder 22, 23 und 24 können jeweils gemäß den Anforderungen eines Anwenders angezeigt werden. Beim Anwenden der Erfindung wird beim Eingeben zu dem symbolischen Generator 15 die C-Sprache und beim Ausgeben daraus aus praktischen Gründen die Fortran-Sprache benutzt. Andere Sprachen können benutzt werden, obwohl die beschriebene Art derzeit die beste bekannte Art ist.As can be seen in FIG. 2, this system begins with information input by a modeler defined as an individual with a relatively high level of training in characteristics and analysis of mechanical systems. The inputs are made through a keyboard or other input device 14 to a preprocessor 13 . The output of the preprocessor is connected to a symbolic generator 15 , which functions as a converter for generating new information. Certain files are generated by the symbolic generator and appear as simulation source code and documentation 16 . The output from module 16 of FIG. 2 is transferred to a text editor and compiler 17 through media such as floppy disks, tapes, and printouts. Other user inputs that can be entered through the same or a different keyboard 14 can be made by the modeler or by a user familiar with the particular mechanical systems being analyzed, but not necessarily as well the mechanical systems understands like the modeler. It should be noted that the media output is included and portable by the simulation source code module 16 and can be used by a user or a modeler on site or remotely as desired and convenient. The output from the text editor and compiler 17 is coupled to a system data module 18 , along with the user's input via the keyboard 14 . The system data module records symbols, initial conditions and time parameters for a simulation. Files generated by the system data module are supplied as an input to the simulator 19 . The files are provided to the simulation execution code 20 to create the current mechanical multibody simulation. The results of the simulation are forwarded to a postprocessor 21 , which is coupled to the user input keyboard 14 and to the system data module 18 . The postprocessor enables a user to manipulate simulation result data to produce files containing selected amounts in a custom format at 22 , xy coordinate data at 23, and motion picture simulation results at 24 . The files, coordinates and moving images 22 , 23 and 24 can each be displayed according to a user's requirements. When applying the invention, the C language is used for input to the symbolic generator 15 and the Fortran language is used for output for practical reasons. Other languages can be used, although the type described is currently the best known.

Einige Ausdrücke sollten zum besseren Verständnis definiert werden. Ein Symbol ist als Zeichenkette definiert, die bei diesem Ausführungsbeispiel meistens 20 Zeichen beginnend mit einem Zeichen des Alphabets oder einem numerischen Wert enthält. Irgendeine Kette beginnend mit T ist eine Kette, die für ein Symbol reserviert ist. Eine Zeitfunktion ist eine Funktion nur der Zeit, und der Name einer Zeitfunktion beginnt mit den Zeichen TT, gefolgt von meistens 15 Zeichen. Eine Q-Funktion ist eine Funktion der Zeit, verallgemeinerter Koordinaten qi und einer Position oder einer Orientierung der Körper. Der Name einer Q-Funktion beginnt mit TQ, gefolgt von meistens 15 Zeichen. Eine Sensorfunktion ist eine Funktion der Zeit, verallgemeinerter Koordinaten qi, verallgemeinerter Geschwindig­ keit ui, einer Position oder Orientierung der Körper, einer Geschwindigkeit oder von Winkelgeschwindigkeiten der Körper oder anderer definierter Sensorgrößen. Eine Sensorfunktion wird zum Bestimmen erforderlicher kinematischer Größen für eine Steuerkraftbestimmung benutzt. Der Name einer Sensorfunktion beginnt mit TS, meistens gefolgt von 15 Zeichen. Eine Kraftfunktion ist eine Funktion der Zeit, verallgemeinerter Koordinaten qi und verallgemeinerter Geschwindigkeiten ui. Some expressions should be defined for better understanding. A symbol is defined as a character string, which in this exemplary embodiment mostly contains 20 characters starting with a character of the alphabet or a numerical value. Any chain starting with T is a chain reserved for a symbol. A time function is a function of time only, and the name of a time function begins with the characters TT, followed mostly by 15 characters. A Q function is a function of time, generalized coordinates qi, and a position or orientation of the bodies. The name of a Q function begins with TQ, usually followed by 15 characters. A sensor function is a function of time, generalized coordinates qi, generalized speed ui, a position or orientation of the bodies, a speed or of angular velocities of the bodies or other defined sensor variables. A sensor function is used to determine the kinematic quantities required for a control force determination. The name of a sensor function begins with TS, usually followed by 15 characters. A force function is a function of time, generalized coordinates qi and generalized speeds ui.

Eine Kraftfunktion wird zum Berechnen von Kräften oder Drehmomenten benutzt, die während der Simulation auf das Multikörpersystem ausgeübt werden. Der Name einer Kraftfunktion beginnt mit TF, meistens gefolgt von 15 Zeichen. Eine vom Anwender definierte Funktion ist irgendeine der Funktionen, nämlich eine Zeit­ funktion, eine Q-Funktion, eine Sensorfunktion oder eine Kraftfunktion, auf die als eine vom Anwender definierte Funktion Bezug genommen werden kann, wenn sie nicht ausdrücklich in dem Vorprozessor 13 definiert ist. D oder DD werden an das Ende der Kette einer vom Anwender definierten Funktion hinzugefügt, um die erste oder die zweite Ableitung der Funktion nach der Zeit zu bestimmen.A force function is used to calculate forces or torques that are exerted on the multibody system during simulation. The name of a force function begins with TF, usually followed by 15 characters. A user defined function is any of the functions, namely a time function, a Q function, a sensor function or a force function, which can be referred to as a user defined function unless it is explicitly defined in the preprocessor 13 . D or DD are added to the end of the chain of a user-defined function to determine the first or second derivative of the function over time.

Das System empfängt Eingangsdaten in einem symbolischen oder einem numeri­ schen Format von einer Tastatur oder einem Anschluß 14 oder aus zuvor erzeug­ ten Dateien. Die Eingangsdaten werden in vier Kategorien eingeteilt: (1) Multikör­ persystem-Definitionsdaten; (2) Simulationsdaten; (3) Körperformdaten; und (4) Ausdrücke für ein späteres Zur-Verfügung-Haben. Ein Multikörpersystem besteht aus Körpern, Verbindungen, Grenzwertbedingungen, Treibern, Kräften, Sensoren und stückweiser Information. Diese gesamte Information ist nicht auf jedes mechanische Multikörpersystem anwendbar. Die hier zuvor beschriebene Fig. 1 ist ein Beispiel eines Multikörpersystems, das einer Analyse durch das Analysesystem und -ver­ fahren ausgesetzt ist, die hierin offenbart sind. Wie zuvor beschrieben ist, können Verbindungen eines Multikörpersystems zuerst von einem Modellierer gelöst werden zum Definieren der Körper derart, daß das System eine "Baum"-Topologie aufweist. Die "Schleife" oder Bewegungsgrenzwertbedingungen werden von dem Modellierer zu einer späteren Zeit eingeführt. Während es in der unzusammenhängenden "Baum"-Topologie ist, muß das System in eine Referenzkonfiguration gebracht werden (alle qi = 0) und die festen orthogonalen Einheitsvektoren aus drei Teilen an jedem Körper müssen so definiert sein, daß in der Referenzkonfiguration alle Grundlinien miteinander übereinstimmen. Ein Körper muß laut Definition über eine Verbindung mit einem anderen Körper verbunden sein. Das System bietet eine Verbindungs-Programmbibliothek, die die folgenden Verbindungstypen enthält: klammermäßig; frei (6° einer Freiheitsverbindung); zylindermäßig; eben; prismaför­ mig; umlaufmäßig; schraubenmäßig; sphärisch; universell und vom Anwender definiert. Zum Definieren eines Körpers muß ein Anwender die folgende Informa­ tion zur Verfügung stellen: Körpername; Masse; Trägheit; innerer Körper (Name des vorher definierten Körpers oder der Multikörperreferenz); von innen zur Verbindung (Positionsvektor vom inneren Körpermassenzentrum zur Verbindung in Grundlinien des inneren Körpers, drei Symbole); Verbindung zum Körper (Posi­ tionsvektor von einer Verbindung zum Körpermassenzentrum in den Körpergrundli­ nien, drei Symbole). Die Grenzwertbedingung kann von einem Modellierer eingege­ ben werden, um eine "Schleifen"-Topologie zu definieren und um dem System Bewegungsgrenzwertbedingungen aufzuerlegen. Es gibt fünf Typen von Grenzwertbe­ dingungen: Position; Geschwindigkeit; Getriebe; Nocke; und vom Anwender defi­ niert. Zum Definieren einer Grenzwertbedingung, die anders als die vom Benutzer definierte Grenzwertbedingung ist, muß ein Benutzer die folgende Information zur Verfügung stellen: Name; Typ; Körper-1-Namen; Körper-2-Namen und Parameter. Der Modellierer muß, wie hierhin zuvor erwähnt ist, kenntnisreich genug sein, um zu wissen, wie die holonomischen verallgemeinerten Geschwindigkeiten für das offenbarte analysierende System definiert werden müssen. Der Modellierer muß den Namen der Grenzwertbedingung, den Typ der Grenzwertbedingung und die Funk­ tionen von qt zuführen.The system receives input data in a symbolic or numeric format from a keyboard or port 14 or from previously created files. The input data are divided into four categories: (1) multi-body system definition data; (2) simulation data; (3) body shape data; and (4) terms for later availability. A multibody system consists of bodies, connections, limit conditions, drivers, forces, sensors and piece of information. All of this information is not applicable to every mechanical multibody system. Figures described hereinbefore. 1 is an example of a multi-body system which is exposed to an analysis by the analysis system and drive -ver that disclosed herein. As previously described, connections of a multibody system can first be disconnected by a modeler to define the bodies such that the system has a "tree" topology. The "loop" or motion limit conditions are introduced by the modeler at a later time. While it is in the unrelated "tree" topology, the system must be brought into a reference configuration (all qi = 0) and the fixed orthogonal unit vectors of three parts on each body must be defined so that in the reference configuration all baselines match . A body must be connected to another body by definition. The system offers a connection program library which contains the following connection types: in brackets; free (6 ° of a freedom connection); cylindrical; just; prismatic; in circulation; helical; spherical; universal and defined by the user. To define a body, a user must provide the following information: body name; Dimensions; Inertia; inner body (name of the previously defined body or multibody reference); from the inside for connection (position vector from the inner body mass center for connection in baselines of the inner body, three symbols); Connection to the body (position vector from a connection to the body mass center in the body baselines, three symbols). The limit condition can be entered by a modeler to define a "loop" topology and to impose motion limit conditions on the system. There are five types of limit conditions: position; Speed; Transmission; Cam; and defined by the user. To define a limit condition that is different from the user defined limit condition, a user must provide the following information: name; Type; Body-1 names; Body 2 names and parameters. As previously mentioned, the modeler must be knowledgeable enough to know how to define the holonomic generalized velocities for the disclosed analytical system. The modeler must supply the name of the limit condition, the type of the limit condition, and the functions of qt.

Ein Treiber wird benutzt, um die zeitliche Gesetzmäßigkeit einer verallgemeinerten Geschwindigkeit zu beschreiben, die zu der Verbindung gehört. Somit muß ein Modellierer damit vertraut sein, wie verallgemeinerte Geschwindigkeiten für eine Verbindung definiert und angeordnet bzw. eingegeben werden. Ein Modellierer wird einem Treiber die folgende Information zuführen: Name; Verbindungsname; die Anzahl der Freiheitsgrade und die Funktion. Eine Programmbibliothek von Kraftty­ pen wird von dem System zur Verfügung gestellt. Zur Zeit sind in der Programm­ bibliothek sechs Typen von Kräften enthalten. Eine Steuerkraft benötigt beispiels­ weise einen Körper-1-Namen, einen Körper-2-Namen, einen Positionsvektor vom Körper-1-Massenzentrum zu einem dazwischenliegenden Punkt in Körper-1-Grundli­ nien und dann zu dem Punkt der Anwendung bzw. Ausrichtung in Körper-2- Grundlinie (sechs Symbole), einen Positionsvektor in dem Körper-2-Massenzentrum zu einem dazwischenliegenden Punkt in den Körper-2-Grundlinien und dann zu dem Punkt der Anwendung bzw. Ausrichtung in den Körper-1-Grundlinien (sechs Symbole), einen Namen der Kraftfunktion, und eine Richtung der Kraft auf Körper 2 in Körper 1 oder Körper-2-Grundlinien (drei Symbole). Zum Definieren einer Kraft wird ein Anwender den Namen der Kraft spezifizieren, den Typ der Kraft, und die Parameter derart, wie es beispielsweise hierin für die Steuerkraft erwähnt ist. A driver is used to generalize the timeliness of a generalized Describe the speed associated with the connection. Thus a Modelers will be familiar with how generalized speeds for one Connection defined and arranged or entered. Becomes a modeler provide a driver with the following information: name; Connection name; the Number of degrees of freedom and the function. A program library from Kraftty pen is provided by the system. Currently in the program library included six types of forces. A taxpayer needs, for example assign a body 1 name, a body 2 name, a position vector from Body-1 center of mass to an intermediate point in Body-1 basic and then to the point of application or alignment in body-2 Baseline (six symbols), a position vector in the body-2 mass center to an intermediate point in the body 2 baselines and then to the point of application or alignment in the Body 1 baseline (six Symbols), a name of the force function, and a direction of the force on the body 2 in body 1 or body 2 baselines (three symbols). To define one Force, a user will specify the name of the force, the type of force, and the parameters such as those mentioned for control force herein is.  

Der Zweck eines Sensors ist es, ein Maß für kinematische Größen zu schaffen, die für eine Steuerkraft- und eine Drehmomentabschätzung erforderlich sind. Diese Größen enthalten eine Position und eine Geschwindigkeit zwischen zwei Punkten, die fest an zwei verschiedenen Körpern sind, und eine Orientierung und eine Winkelgeschwindigkeit zwischen den zwei Körpern. Von einem Modellierer zu­ geführte Parameter zur Berechnung dieser Größen sind für jeden Sensortyp erfor­ derlich. Ein Translationssensor und ein Rotationssensor sind vorgesehen. Zum Spezifizieren eines Sensors muß ein Modellierer den Namen des Sensors, den Typ des Sensors, einen Körper-1-Namen, einen Körper-2-Namen und die Sensorparame­ ter zur Verfügung stellen. Wie hierin zuvor diskutiert ist, muß ein Modellierer zum Spezifizieren eines stückweisen Systems eine Gesamtanzahl von "Stücken" in dem System zur Verfügung stellen. Für jedes Stück ist der Modellierer aufgefordert, eine Teilmenge von zeitlichen Abhängigkeiten zur Verfügung zu stellen, die in dem Multikörpersystem definiert sind. Das Kriterium für einen Übergang zwischen diesen Stücken und wie der Übergang durchzuführen ist wird durch den sym­ bolischen Prozessor geschaffen, um Ausdrücke für Variable und Parameter zu erzeugen, die für die Übergänge erforderlich sind.The purpose of a sensor is to provide a measure of kinematic quantities that are required for steering force and torque estimation. These Sizes contain a position and a speed between two points, which are fixed on two different bodies, and one orientation and one Angular velocity between the two bodies. From a modeler to Guided parameters for the calculation of these quantities are required for each sensor type such. A translation sensor and a rotation sensor are provided. To the To specify a sensor, a modeler must name the sensor, the type of the sensor, a body 1 name, a body 2 name and the sensor parameter make available. As discussed hereinbefore, a modeler must Specifying a piecewise system a total number of "pieces" in the Provide the system. For each piece, the modeler is asked to provide a subset of temporal dependencies that are in the Multibody system are defined. The criterion for a transition between these pieces and how the transition is to be carried out by the sym bolic processor created to expressions for variables and parameters too generate that are required for the transitions.

Simulationsdaten enthalten numerische Lösungsparameter, vom Anwender definierte Unterprogramme und Anfangsbedingungen und Zeitparameter. Numerische Lösungs­ verfahren sind erforderlich zum Lösen linearer Gleichungen, gewöhnlicher Differen­ tialgleichungen und nichtlinearer algebraischer Gleichungen aus geometrischen Grenzwertbedingungen. Die Parameter, die für eine Spezifikation durch einen Modellierer für gewöhnliche Differentialgleichungen notwendig sind, enthalten eine minimale Integrationsschrittweite, eine Toleranz, eine feste Schritt- oder eine flexible Schrittweite. Nichtlineare algebraische Gleichungsparameter enthalten die maximale Anzahl von Iterationen und die Toleranz daran. Bei der Definition der Multikörpersystemdaten darf ein Modellierer die Namen der Funktionen an Stelle der expliziten Funktionen spezifizieren, um Grenzwertbedingungen, Treiber, Kräfte und Sensoren zu beschreiben. Diese Funktionen werden dann während einer Simulation durch Aufrufen eines von einem Modellierer definierten Unterpro­ gramms berechnet. Dieses Unterprogramm wird durch den symbolischen Generator 15 erzeugt und alle Funktionen werden auf Null gesetzt. Ein Modellbauer muß dieses Unterprogramm verändern, um die Funktionen zu implementieren. Schließlich wird ein Anwender oder ein Modellierer Grenzwertbedingungen für q und u bestimmen. Der Anwender wird mit einer Gleichungslösung ausgestattet sein, um sicherzustellen, daß die spezifizierten anfänglichen q geometrischen oder Schleifen­ grenzwertbedingungen genügen, die in den Multikörpersystemdaten definiert sind. Auch eine Simulationsanfangszeit, eine Endzeit und eine Ausdruck-Schrittgröße werden von einem Anwender spezifiziert. Um ein Multikörpersystem vor einer Simulation anzusehen und um eine simulierte Bewegung nach der Simulation anzuregen muß ein Anwender eine geometrische Form für jeden Körper definieren. Die Form wird von dem Anwender einer Datei zur Verfügung gestellt. Der Ursprung jeden Körpers ist in dem Massenzentrum angeordnet, und die Referenz­ rahmengrundlinien folgen der, die bei der Referenzkonfiguration benutzt ist, wenn das Multikörpersystem definiert ist. Zur Bequemlichkeit des Benutzers ist eine Programmbibliothek einfacher geometrischer Formen zur Verfügung gestellt, die einen Kasten, eine Kugel, einen Zylinder, einen Konus usw. enthält.Simulation data contain numerical solution parameters, user-defined subroutines and initial conditions and time parameters. Numerical solving methods are required for solving linear equations, ordinary differential equations and nonlinear algebraic equations from geometric limit value conditions. The parameters required for specification by a modeler for ordinary differential equations include a minimum integration step size, a tolerance, a fixed step size or a flexible step size. Nonlinear algebraic equation parameters contain the maximum number of iterations and the tolerance thereon. When defining the multibody system data, a modeler may specify the names of the functions instead of the explicit functions in order to describe limit value conditions, drivers, forces and sensors. These functions are then calculated during a simulation by calling a subroutine defined by a modeler. This subroutine is generated by the symbolic generator 15 and all functions are set to zero. A modeler must change this subroutine to implement the functions. Finally, a user or a modeler will determine limit conditions for q and u. The user will be provided with an equation solution to ensure that the specified initial q geometric or loop constraint conditions defined in the multibody system data. A simulation start time, an end time and an expression step size are also specified by a user. In order to view a multibody system before a simulation and to stimulate a simulated movement after the simulation, a user must define a geometrical shape for each body. The form is made available by the user of a file. The origin of each body is located in the center of mass, and the reference frame baselines follow that used in the reference configuration when the multibody system is defined. For the convenience of the user, a program library of simple geometric shapes is provided, which contains a box, a sphere, a cylinder, a cone, etc.

Zum Nachverarbeiten der Simulationsdatenergebnisse kann ein Anwender ma­ thematische Operationen an den Ergebnissen vor einem Plotten durchführen. Zum Beispiel können die Positions-, die Geschwindigkeits-, die Beschleunigungs-, Vektor-, Grenz­ wertbedingungsmengen- usw. -werte durch Befehle an den Postprozessor 21 erhalten werden.To postprocess the simulation data results, a user can perform thematic operations on the results before plotting. For example, the position, velocity, acceleration, vector, limit condition amount, etc. values can be obtained by commands to the post processor 21 .

Die Information, die durch das offenbarte System erzeugt ist, enthält Multikörpersy­ stem-Definitionsdaten. Es ist eine ausreichende Erklärung für alle Daten geschaffen. Diese Daten können auch durch den Vorprozessor 13 auf eine Anfrage eines Modellierers gelesen werden. Eine weitere Erklärung ist darüber vorgesehen, wie verallgemeinerte Koordinaten q und verallgemeinerte Geschwindigkeiten u definiert sind. Es sollte angemerkt werden, daß, wenn alle q = 0 gesetzt sind, das Multi­ körpersystem die Referenzkonfiguration hat, die zum Definieren des Systems benutzt ist. Ein Eingang ist auch zu dem System-Datenmodul 18 definiert. Dieser Eingang enthält eine Liste von Symbolen, der Werte zugeordnet werden müssen, und eine Liste von vom Anwender definierten Funktionsnamen. Zusätzlich ist ein Eingang zu dem symbolischen Generator 15 definiert. Bestimmte Unterprogramme in den Systemprogrammen sind vorhanden, um die Position und Orientierung jedes Körpers für eine gegebene Zeit und q zu finden, die Summe des Quadrats jeder verbleibenden geometrischen Grenzwertbedingung für eine gegebene Zeit und q zu berechnen, den Gradienten der Summe des Quadrats des Rests jeder geometrischen Grenzwertbedingung unter Berücksichtigung von von einem Anwender ausgewählten q für eine gegebene Zeit und q zu berechnen und von einem Anwender definierte Funktionen zu berechnen, die sich auf die Körperposition und die Orientierung und die geometrischen Grenzwertbedingungen beziehen. Die Eingangsdatendateien 19 der Fig. 2 enthalten numerische Werte aller Symbole, numerische Lösungsparame­ ter, Anfangsbedingungen für eine Simulation und Zeitparameter, eine Korrespon­ denztabelle zwischen von einem Programm definierten Symbolen und von einem Anwender spezifizierten Symbolen, eine Topologie des Multikörpersystems vor den Grenzwertbedingungen und eine von einem Anwender zugeführte Kennzahl zum Identifizieren der Simulationsfälle. Die Simulationsergebnisse von dem durch die Simulation ausführbaren Code 20 enthält verallgemeinerte Koordinaten q, verall­ gemeinerte Geschwindigkeiten u, Ableitungen nach der Zeit von u, Lagrange- Multiplikatoren, eine Massenzentrumsposition, eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung jedes Körpers, eine Orientierung, eine Winkelgeschwindigkeit, eine Winkelbeschleunigung jedes Körpers, eine Summe aller auf jeden Körper ein­ wirkenden Kräfte, einschließlich eines Zusatzes von den Lagrange-Multiplikatoren und von einem Anwender definierte Funktionen. Die Datendateien 22 enthalten einen Zeitverlauf von von einem Anwender spezifizierten Größen. Eine Datendatei zur Anregung bewegter Bilder ist enthalten, zusammen mit einer grafischen Dar­ stellung des Multikörpersystems, um einem Anwender zu erlauben, das System vor einer Simulation anzuschauen und anzusehen, wie sich die Systemkonfiguration ändert, wenn die Werte von q geändert werden. Darüber hinaus hilft dies dem Anwender, Werte von q als eine Anfangsschätzung für eine Lösung der Gleichun­ gen für eine geometrische Grenzwertbedingung auszuwählen. Grafische Möglich­ keiten in dem Postprozessor 21 werden für die Anzeige benutzt. Die Dateneingabe in das System von dem Modellierer und dem Anwender werden alle durch das System selbst überprüft. In den Vorprozessor 13 eingegebene Symbole werden auf einen Konventionskonflikt überprüft. Dies schließt Worte ein, die für Symbole, eine doppelte Verwendung von Namen für die Multikörpersystemelemente, eine Funk­ tionsnamenskonvention, und alle hierin beschriebenen Multikörperelementkonventio­ nen reserviert sind. In den Vorprozessor 13 eingegebene Zahlen und numerische Werte für Symbole, die von einem Modellierer oder Anwender in das System- Datenmodul eingegeben sind, werden gemäß der folgenden Regeln überprüft:The information generated by the disclosed system includes multi-body system definition data. A sufficient explanation for all data is created. This data can also be read by the preprocessor 13 upon request from a modeler. A further explanation is provided of how generalized coordinates q and generalized velocities u are defined. It should be noted that when all q = 0 are set, the multibody system has the reference configuration used to define the system. An input is also defined to the system data module 18 . This input contains a list of symbols to which values must be assigned and a list of function names defined by the user. In addition, an input to the symbolic generator 15 is defined. Certain subroutines are present in the system programs to find the position and orientation of each body for a given time and q, to calculate the sum of the squares of each remaining geometric boundary condition for a given time and q, the gradient of the sum of the squares of the remainder of each to calculate the geometric limit value condition taking into account q selected by a user for a given time and q and to calculate functions defined by a user which relate to the body position and the orientation and the geometric limit value conditions. The input data files 19 of FIG. 2 contain numerical values of all symbols, numerical solution parameters, initial conditions for a simulation and time parameters, a correspondence table between symbols defined by a program and symbols specified by a user, a topology of the multibody system before the limit value conditions and one of A key figure supplied to a user to identify the simulation cases. The simulation results from the code 20 executable by the simulation includes generalized coordinates q, generalized velocities u, derivatives over time of u, Lagrange multipliers, a mass center position, a velocity and an acceleration of each body, an orientation, an angular velocity, an angular acceleration each body, a sum of all forces acting on each body, including an addition from the Lagrangian multipliers and functions defined by a user. The data files 22 contain a time history of sizes specified by a user. A moving image excitation data file is included, along with a graphical representation of the multibody system, to allow a user to view the system prior to simulation and see how the system configuration changes when the values of q are changed. In addition, this helps the user select values of q as an initial estimate for solving the equations for a geometric limit condition. Graphic possibilities in the postprocessor 21 are used for the display. The data entry into the system by the modeler and the user are all checked by the system itself. Symbols entered in the preprocessor 13 are checked for a convention conflict. This includes words reserved for symbols, dual use of names for the multibody system elements, a function naming convention, and all multibody element conventions described herein. Numbers entered into preprocessor 13 and numerical values for symbols entered into the system data module by a modeler or user are checked according to the following rules:

  • 1. Die Körpermasse muß größer oder gleich Null sein. 1. The body mass must be greater than or equal to zero.  
  • 2. Die Trägheitsmomente des Körpers müssen größer oder gleich Null sein.2. The moments of inertia of the body must be greater than or equal to zero.
  • 3. Die Summe irgendwelcher zweier Trägheitsmomente eines Körpers müssen größer oder gleich dem dritten sein.3. The sum of any two moments of inertia of a body must be be greater than or equal to the third.
  • 4. Sich kreuzende Trägheitsmomente müssen physikalischen Möglichkeitsanforde­ rungen genügen.4. Intersecting moments of inertia must meet physical possibilities suffices.
  • 5. Die Größe eines Richtungsvektors muß gleich eins sein.5. The size of a direction vector must be one.
  • 6. Alle Beschränkungen für Parameter eines hierin beschriebenen Multikörpersy­ stemelements müßten eingehalten werden.6. All restrictions on parameters of a multibody system described herein stem elements would have to be observed.
  • 7. Federkonstanten und Dämpfungskonstanten müssen größer oder gleich Null sein.7. Spring constants and damping constants must be greater than or equal to zero be.
  • 8. Grenzwertbedingungen und Treiber müssen voneinander unabhängig sein.8. Limit conditions and drivers must be independent of each other.
  • 9. Anfangsbedingungen müssen einer geometrischen Grenzwertbedingung, einer Grenzwertbedingung bei Bewegung und einer Treibergrenzwertbedingung genügen.9. Initial conditions must be a geometric limit condition, one Limit condition when moving and a driver limit condition are enough.

Vorangehend sind Informationseingänge definiert worden und es ist beschrieben worden, wie Information umgesetzt wird, wenn sie durch das System verarbeitet wird. Nun wird eine Beschreibung präsentiert in bezug auf die Befehle oder Möglichkeiten, die jedem Systemmodul für einen Modellierer oder Anwender vorgesehen sind, um ein Multikörpersystem zu definieren und um eine Ausführung der Systemsoftware zu überwachen, um die Simulationszwecke einzuhalten. Wie zuvor beschrieben ist, enthält das System fünf funktionelle Module: einen Vor­ prozessor 13; einen symbolischen Generator 15; ein System-Datenmodul 18; Simul­ tationsmodule 19 und 20; und einen Postprozessor 21. Ein typisches Verfahren für eine Anwendung von einem Modellierer zum Implementieren der Systemfunktionen enthält folgendes:Information inputs have been defined above and how information is implemented when it is processed by the system has been described. A description will now be given of the commands or capabilities provided to each system module for a modeler or user to define a multibody system and to monitor execution of the system software to meet the simulation purposes. As previously described, the system includes five functional modules: a pre-processor 13 ; a symbolic generator 15 ; a system data module 18 ; Simulation modules 19 and 20 ; and a post processor 21 . A typical procedure for an application by a modeler to implement the system functions includes the following:

  • 1. Aufrufen des Vorprozessors 13. 1. Call the preprocessor 13 .
  • 2. Definieren der Körper und Verbindungen.2. Define the body and connections.
  • 3. Definieren der Grenzwertbedingungen.3. Define the limit conditions.
  • 4. Definieren der Treiber.4. Define the drivers.
  • 5. Definieren des stückweisen Systems.5. Define the piecewise system.
  • 6. Definieren der Sensoren und Kräfte.6. Define the sensors and forces.
  • 7. Aufbewahren des Eingangs und das System auffordern, Eingabedateien zu dem symbolischen Generator 15 zu erzeugen.7. Retain the input and prompt the system to generate input files to the symbolic generator 15 .
  • 8. Laufenlassen des symbolischen Generators 15, um symbolische Formate mecha­ nischer Systemgleichungen einer Bewegung zur Verfügung zu stellen.8. Running the symbolic generator 15 in order to provide symbolic formats of mechanical system equations for a movement.

Der Modellierer oder ein Anwender wählt dann den Prozeß aus, der in der folgenden Sequenz folgen wird:The modeler or a user then selects the process in the following sequence will follow:

  • 1. Abändern von von einem Modellierer definierten Unterprogrammen.1. Modifying subroutines defined by a modeler.
  • 2. Compilieren von Simulationscodes und Positionsgrenzwertbedingungen in dem Texteditor und Compiler 17.2. Compile simulation codes and position limit conditions in the text editor and compiler 17 .
  • 3. Aufrufen des System-Datenmoduls 18.3. Calling up the system data module 18 .
  • 4. Definieren des mechanischen Systemkörpers oder von Elementformen.4. Define the mechanical system body or element shapes.
  • 5. Eingeben der numerischen Werte für die Symbole und Aufrufen der Daten­ prüffähigkeit zum Überprüfen der numerischen Werte.5. Enter the numerical values for the symbols and call up the data test ability to check the numerical values.
  • 6. Ansehen des Systems.6. Watch the system.
  • 7. Eingeben der Anfangswerte für q und Prüfen der Konfiguration. 7. Enter the initial values for q and check the configuration.  
  • 8. Lösen für Anfangswerte von q, die mit geometrischen Grenzwertbedingungen kompatibel sind.8. Solve for initial values of q that with geometric limit conditions are compatible.
  • 9. Eingeben von Anfangswerten für ein unabhängiges u und Prüfen einer Singula­ rität.9. Enter initial values for independent u and check a singula rity.
  • 10. Eingeben von numerischen Lösungsparametern und Simulationszeitparametern.10. Enter numerical solution parameters and simulation time parameters.
  • 11. Aufbewahren bzw. Abspeichern der Körperformen und Auffordern des Systems, Eingabedatendateien für eine dynamische Simulation und den Postprozessor 21 zu erzeugen.11. Storage or storage of the body shapes and requesting the system to generate input data files for dynamic simulation and the postprocessor 21 .
  • 12. Laufenlassen der Simulationsroutinen.12. Run the simulation routines.
  • 13. Aufrufen des Postprozessors 21.13. Calling the postprocessor 21 .
  • 14. Eingeben eines Dateinamens.14. Enter a file name.
  • 15. Eingeben von Ausdrücken für mechanische Systemgrößen von Interesse.15. Entering expressions for mechanical system sizes of interest.
  • 16. Plotten der Größen von Interesse (23) und Aufbewahren der Daten in der Datei (22).16. Plot the sizes of interest ( 23 ) and store the data in the file ( 22 ).
  • 17. Addieren der mechanischen Systempunkte von Interesse für eine Bildbewegung (24).17. Add the mechanical system points of interest for image movement ( 24 ).
  • 18. Auswählen der mechanischen Systemkörper für die Bildbewegung und Eingeben der Bildbewegungsparameter.18. Select the mechanical system body for image movement and input the image motion parameter.
  • 19. Bewegen der Simulationsergebnisse und/oder Erzeugen einer Bildbewegungs­ datendatei.19. Moving the simulation results and / or generating an image movement data file.

Eine detaillierte Beschreibung der verschiedenen Systemelemente wird nun unter­ nommen. Der Vorprozessor 13 läßt zu, daß ein Modellierer ein Multikörpersystem definiert und aufeinanderfolgend einen Fortran (bei diesem Ausführungsbei­ spiel)-Code zum Überprüfen von Daten in dem Systemdatenmodul 18 erzeugt und auch eine Eingabedatei für den symbolischen Generator 15, basierend auf der Eingabe vom Modellierer. Die erzeugte Eingabedatei kann auch zu einer späteren Zeit durch den Vorprozessor für eine weitere Abänderung daran gelesen werden. Die Befehlsstruktur des Vorprozessors ist in Fig. 3 als ein Umriß der Vorprozes­ sorfähigkeiten gezeigt. Die DATEI-Funktion bezieht sich auf sechs Unterfunktionen. Die erste Unterfunktion NEU verwirft das in dem Vorprozessor vorhandene Modell, wenn eines vorhanden ist, und öffnet eine vom Modellierer spezifizierte NEU-Datei zum Bilden eines neuen Modells. Die Unterfunktion ENTHALTEN hängt das Modell von einer von einem Modellierer spezifizierten Datei an das vorhandene Modell an, wenn es eines gibt. Die Unterfunktion AUFBEWAHREN bewahrt vom Modellierer eingegebene Vielkörperdaten auf. Die Unterfunktion AUFBEWAHREN & ERZEUGEN läßt zu, daß der Modellierer vom Modellierer definierte Vielkörperdaten manipuliert, die verallgemeinerten Koordinaten und Geschwindigkeitssymbole betrifft, die zugeordnete Werte und andere Eingaben zu dem symbolischen Generator 15 benötigen. Die Unterfunktion DIRECTORY bzw. SPEICHER zeigt alle Dateien an, die in dem Arbeitsspeicher des Vorprozessors gerade vorhanden sind.A detailed description of the various system elements is now undertaken. Preprocessor 13 allows a modeler to define a multibody system and sequentially generate a Fortran (in this embodiment) code for checking data in system data module 18 and also an input file for symbolic generator 15 based on input from the modeler. The generated input file can also be read at a later time by the preprocessor for further modification. The pre-processor instruction structure is shown in Fig. 3 as an outline of the pre-processor capabilities. The FILE function relates to six sub-functions. The first sub-function NEW discards the model present in the preprocessor, if one exists, and opens a NEW file specified by the modeler to form a new model. The INCLUDE subfunction appends the model from a file specified by a modeler to the existing model, if there is one. The KEEP subfunction stores multibody data entered by the modeler. The STORE & GENERATE sub-function allows the modeler to manipulate multibody data defined by the modeler, which relates to generalized coordinates and speed symbols, which require assigned values and other inputs to the symbolic generator 15 . The DIRECTORY or SAVE sub-function shows all files currently in the preprocessor's memory.

Die Funktion EDITIEREN läßt eine Auswahl eines mechanischen Systemelements vor einem Aufrufen einer der fünf Funktionen zu, die in Fig. 3 gezeigt sind. ERZEUGEN läßt eine Erzeugung eines ausgewählten Elements zu. ABÄNDERN läßt eine Veränderung der Parametersymbole und Werte eines zuvor definierten Elements zu. LÖSCHEN läßt eine Löschung eines vorher definierten Elements zu. KOPIEREN läßt ein Kopieren eines Elementenparameters zu einem anderen zu. ANSCHAUEN läßt eine visuelle Betrachtung aller definierten Punkte des ausge­ wählten Elements zu.The EDIT function allows selection of a mechanical system element before calling one of the five functions shown in FIG. 3. GENERATE allows a selected element to be created. CHANGE allows the parameter symbols and values of a previously defined element to be changed. DELETE allows a previously defined element to be deleted. COPY allows you to copy one element parameter to another. VIEW allows a visual view of all defined points of the selected element.

Die HILFE-Funktion stellt Hilfebotschaften zur Verfügung, die mit einer ausgewähl­ ten Funktion oder einer Unterfunktion in Verbindung stehen.The HELP function provides help messages that are selected with a function or a subfunction.

ELEMENT stellt eine Auswahl aller verfügbaren Aspekte zum Definieren eines mechanischen Vielkörpersystems zur Verfügung. Sieben solcher Auswahlen sind zu sehen, die der ELEMENT-Funktion in Fig. 3 zugeordnet sind. ELEMENT provides a selection of all available aspects for defining a mechanical multibody system. Seven such selections can be seen which are assigned to the ELEMENT function in FIG. 3.

Die Funktion ZUSAMMENSETZEN läßt eine Überprüfung der mechanischen Vielkörpersystemdefinition zu und erzeugt die verallgemeinerten Koordinaten q und die verallgemeinerten Geschwindigkeiten u. Eine Unterfunktion BAUM ÜBER­ PRÜFEN läßt eine Konstruktion einer "Baum"-Topologieanordnung des definierten Modells zu. Eine Unterfunktion Q & U DEFINIEREN läßt eine Zuordnung von q und u zu jeder Verbindung zu, und zwar nach Abänderungen des Körpers und der Verbindung. Q & U AUFLISTEN läßt eine Anzeige der Definition von q und u zu, wenn keine Veränderung nach dem letzten Q & U DEFINIEREN durch­ geführt worden ist. SYMBOLE VERDOPPELN stellt eine Liste aller Symbole zur Verfügung, die mehr als einmal bei der Systemdefinition benutzt worden sind und listet die mechanischen Systemelemente auf, wo sie benutzt wurden. SYMBOLE ZEIGEN stellt eine Liste aller Symbole zur Verfügung, die bei der mechanischen Systemdefinition benutzt worden sind. ZUSAMMENFASSUNG stellt eine Anzeige der Gesamtanzahl von Punkten zur Verfügung, die für jedes Multikörpersystem­ element definiert worden sind. Wenn die Definition von q und u gerade durch­ geführt wird, ist danach eine Anzeige mit der Gesamtanzahl von q und den Freiheitsgraden des Multikörpersystems versehen.The COMPOSITION function allows you to check the mechanical Many-body system definition and generates the generalized coordinates q and the generalized speeds u. A subfunction TREE ABOUT CHECK allows a construction of a "tree" topology arrangement of the defined one Model too. A subfunction Q & U DEFINE an assignment of q and u to each connection after changes in the body and the connection. LIST Q & U displays the definition of q and u too if no change after the last Q&U DEFINE by has been conducted. DOUBLE SYMBOLS provides a list of all symbols Which have been used more than once in the system definition and lists the mechanical system elements where they were used. SYMBOLS SHOW provides a list of all symbols used in mechanical System definition have been used. SUMMARY presents an advertisement the total number of points available for each multibody system element have been defined. If the definition of q and u is straight through is then a display with the total number of q and the Degrees of freedom of the multibody system.

Die ANZEIGE-Funktion stellt eine Wahl für die Hintergrundanzeige des Systems zur Verfügung. Die Unterfunktion KÖRPER-BAUM stellt die "Baum"-Topologie des Systems einschließlich der Verbindungsnamen zur Verfügung. Ein Beispiel der "Baum"-Topologie ist in Fig. 4 gezeigt. Wenn ein Verbindungsname in einer Körperdefinition erscheint, aber nicht als ein Verbindungselement definiert worden ist, wird vor dem Verbindungsnamen ein Sternsymbol sein. Das Symbol N steht immer für einen anfänglichen Referenzrahmen. Das Kettenmerkmal des Systems wird in der horizontalen Richtung angezeigt, und das Zweigmerkmal wird in der vertikalen Richtung der Fig. 4 angezeigt.The DISPLAY function provides a choice for the background display of the system. The BODY TREE subfunction provides the "tree" topology of the system, including the connection names. An example of the "tree" topology is shown in FIG. 4. If a connection name appears in a body definition but has not been defined as a connection element, there will be an asterisk in front of the connection name. The symbol N always stands for an initial reference frame. The chain feature of the system is displayed in the horizontal direction and the branch feature is displayed in the vertical direction of FIG. 4.

Der Zweck des symbolischen Generators 15 ist es, die Datendatei zu lesen, die durch den Vorprozessor 13 erzeugt ist, und eine Symbol-/Funktionslistendatei zu erzeugen; zwei Unterprogramme wurden durch das System-Datenmodul 18 benutzt, und ein Simulationsprogramm in der Sprache FORTRAN.The purpose of the symbolic generator 15 is to read the data file generated by the preprocessor 13 and to generate a symbol / function list file; two subroutines were used by the system data module 18 and a simulation program in the FORTRAN language.

Der Zweck des Systemdatenmoduls 18 ist es, Modellierern und Anwendern mit einer Einrichtung zum Eingeben numerischer Werte von Symbolen, Anfangsbedin­ gungen und Zeitparametern für eine Simulation zu versehen. Physikalisch unmögli­ che numerische Werte werden wie hierin zuvor beschrieben überprüft. Die Anfangs­ bedingungen werden auch in bezug darauf überprüft, ob Geometrie- und Bewe­ gungsgrenzwertbedingungen erfüllt sind, und auf eine Anfrage der Modellierer und der Anwender werden Lösungen für die Grenzwertbedingungsgleichungen für die Anfangsbedingungen der von dem Modellierer oder dem Anwender ausgewählten verallgemeinerten Koordinaten und Geschwindigkeiten zur Verfügung gestellt. Eine kinematische Singularität wird auch erfaßt werden, und das System wird automa­ tisch unabhängige verallgemeinerte Geschwindigkeiten auswählen, um das Problem zu lösen. Das System erlaubt einem Modellierer oder einem Anwender, Körper­ formen und grafisch von einer Anzeige ausgewählte Körper zu erzeugen. Die Position und Orientierung jedes dieser ausgewählten Körper kann nach den von einem Modellierer oder Anwender eingegebenen Werten verallgemeinerter Koor­ dinaten geändert werden. Die Werte der verallgemeinerten Koordinaten können mittels der Tastatur 14 der Fig. 2 oder einer anderen Einrichtung, wenn eine verfügbar ist, verändert werden. Alle Berechnungen bezüglich der Körperposition, der Körperorientierung und der Grenzwertbedingungsgleichungen werden bei diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von FORTRAN-Codes durchgeführt, die durch den symbolischen Generator 15 erzeugt werden. Deshalb müssen die FORT­ RAN-Codes verändert werden, wenn eine Zeit, die kinematische Funktionen vorschreibt, erneuert werden muß, und danach müssen sie compiliert werden. Der compilierte Zielcode kann dann mit dem Systemdatenmodul 8 verbunden werden. Alternativ dazu kann ein Modellierer oder ein Anwender diese FORTRAN-Objekt­ codes verbinden, um einen alleinstehenden ausführbaren Code zu bilden, der später durch das Systemdatenmodul 8 eingeführt bzw. eingerichtet bzw. eingeleitet werden kann. Dies erfordert, daß der symbolische Generator 15 ein FORTRAN-Haupt­ programm an Stelle bloßer Unterprogramme erzeugt.The purpose of the system data module 18 is to provide modelers and users with means for entering numerical values of symbols, initial conditions and time parameters for a simulation. Physically impossible numerical values are checked as previously described herein. The initial conditions are also checked for whether geometry and motion limit conditions are met, and upon request of the modelers and users, solutions to the limit condition equations for the initial conditions of the generalized coordinates and speeds selected by the modeler or user are available posed. A kinematic singularity will also be detected and the system will automatically select independent generalized speeds to solve the problem. The system allows a modeler or user to shape bodies and create bodies graphically selected from a display. The position and orientation of each of these selected bodies can be changed according to generalized coordinates entered by a modeler or user. The values of the generalized coordinates can be changed using the keyboard 14 of FIG. 2 or other device, if one is available. In this exemplary embodiment, all calculations relating to the body position, the body orientation and the limit value condition equations are carried out using FORTRAN codes which are generated by the symbolic generator 15 . Therefore, the FORT RAN codes have to be changed when a time which prescribes kinematic functions has to be renewed, and then they have to be compiled. The compiled target code can then be connected to the system data module 8 . Alternatively, a modeler or a user can connect these FORTRAN object codes in order to form a stand-alone executable code which can later be introduced or set up or initiated by the system data module 8 . This requires that the symbolic generator 15 generates a FORTRAN main program instead of mere subroutines.

Das Systemdatenmodul 18 funktioniert auf die folgende Art. Eine Funktion DATEI enthält fünf Unterfunktionen, wie es in Fig. 5 zu sehen ist. Eine Unterfunktion ÖFFNEN öffnet eine Datei, die durch den symbolischen Generator 15 erzeugt ist, der alle Symbole und Anwenderfunktionen speichert, die benutzt werden, um das mechanische Multikörpersystem zu definieren. Darüber hinaus kann die zuvor erzeugte Simulationsdatendatei geöffnet werden, wenn sie spezifiziert ist, und die zuvor erzeugte Körperformdatei kann geöffnet werden, wenn sie spezifiziert ist. The system data module 18 functions in the following manner. A FILE function contains five subfunctions, as can be seen in FIG. 5. A sub-function OPEN opens a file generated by the symbolic generator 15 , which stores all symbols and user functions that are used to define the mechanical multibody system. In addition, the previously created simulation data file can be opened if it is specified, and the previously generated body shape file can be opened if it is specified.

Eine Unterfunktion BEWAHRE FORM AUF bewahrt die gerade definierte Körperform in einer Datei auf. BEWAHRE SIMULATIONSDATEN AUF bewahrt die gerade definierten Simulationsdaten auf, die Symbolwerte, Parameter und Anfangsbedingungen enthalten. Diese Datei wird als Eingabe für das Simulations­ programm benutzt. Eine Unterfunktion DIRECTORY zeigt alle Dateien mit einer Dateneingangs-/-ausgangsdateierstreckung in dem Directory an. Eine Unterfunktion VERLASSEN erlaubt einem Medellierer oder einem Anwender, aus dem System­ datenmodul mit einer Bestätigung bezüglich von Daten, die nicht abgespeichert sind, auszusteigen.A KEEP FORM OPEN subfunction keeps the one just defined Body shape in a file. KEEP SIMULATION DATA ON the simulation data just defined, the symbol values, parameters and Initial conditions included. This file is used as input for the simulation program used. A subfunction DIRECTORY shows all files with one Data entry / exit file extension in the directory. A subfunction EXIT allows a medellator or user to leave the system Data module with a confirmation regarding data that is not saved are to get out.

Die Funktion SYMBOL erlaubt einem Modellierer oder Benutzer, numerische Werte aller aufgelisteten Symbole einzugeben oder zu verändern, und zwar auf eine Art, die einer Bildschirmeditierung ähnlich ist. Eine Erklärung jedes Symbols kann auf dem Bildschirm auf eine Anfrage des Anwenders zur Verfügung gestellt werden.The SYMBOL function allows a modeler or user to numeric Enter or change values of all listed symbols, namely on a type that is similar to screen editing. An explanation of each symbol can be provided on the screen at the request of the user will.

PRÜFE SYMBOL erlaubt, daß alle eingegebenen numerischen Werte durch Abrufen des Datenprüfunterprogramms überprüft werden, das durch den Vorprozes­ sor 13 wie hierin zuvor erwähnt ist erzeugt ist.CHECK SYMBOL allows all entered numerical values to be checked by calling the data check subroutine generated by preprocessor 13 as mentioned hereinabove.

OBJEKT erlaubt eine Erzeugung von Objekten, um die Form eines mechanischen Systemkörpers zu definieren. Die Körperform wird für Anzeigezwecke benutzt und kann für eine spätere Bildbewegung von Simulationsergebnissen benutzt werden.OBJECT allows creation of objects to the shape of a mechanical Define system body. The body shape is used for display purposes and can be used for later image movement of simulation results.

PARAMETER erlaubt einem Modellierer oder Anwender, Parameter einzugeben oder zu verändern, die die Genauigkeit numerischer Lösungen und eine Simula­ tionszeit betreffen.PARAMETER allows a modeler or user to enter parameters or change the accuracy of numerical solutions and a simula tion time.

ANFANG erlaubt eine Eingabe oder Abänderung von Anfangsbedingungen von q und u auf eine Art, die einem Bildschirmeditieren ähnlich ist.START allows you to enter or change the initial conditions of q and u in a way that is similar to screen editing.

Eine Unterfunktion GEOMETRIE stellt eine Berechnung geometrischer Grenzwert­ bedingungsgleichungsabweichungen und eine Abänderung der Werte von von einem Anwender ausgewählten abhängigen q zur Verfügung, die den geometrischen Grenzwertbedingungen genügen, wenn es von dem Anwender angefragt wird. A GEOMETRY subfunction provides a calculation of the geometric limit condition equation deviations and a change in values from one Users selected dependent q available that the geometric Limit conditions are sufficient if the user requests it.  

Eine Unterfunktion BEWEGUNG erlaubt eine Berechnung der Bewegungs-Grenz­ wertbedingungsgleichungsabweichungen und eine Abänderung der Werte der von einem Benutzer ausgewählten abhängigen u, die den Bewegungsgrenzwertbedingun­ gen genügen, und zwar auf eine Anfrage eines Anwenders.A sub-function MOVEMENT allows the movement limit to be calculated deviations in value conditions and a change in the values of a user selected dependent u that impose the motion limit condition are sufficient, at the request of a user.

Eine Funktion ANZEIGE enthält fünf Unterfunktionen, wie es in Fig. 5 zu sehen ist.A DISPLAY function contains five subfunctions, as can be seen in FIG. 5.

GRUPPE erlaubt, daß eine Auswahl der Körper von dem mechanischen System angezeigt wird.GROUP allows a selection of bodies from the mechanical system is shown.

ANSCHAUEN schafft eine veränderte Ansicht der Gruppe.LOOKING creates a different view of the group.

ZEICHNEN erlaubt, daß der ausgewählte Körper auf dem Bildschirm gemäß den Anfangsbedingungen der q gezeichnet wird.DRAW allows the selected body to appear on the screen according to the Initial conditions of the q is drawn.

ZOOMEN erlaubt, daß der Benutzer oder Modellierer einen Abschnitt einer zu vergrößernden Szene definiert.ZOOMING allows the user or modeler to section a section enlarging scene defined.

BEWEGEN erlaubt einem Modellierer oder Anwender, eine verallgemeinerte Koordinate auszuwählen und das mechanische System gemäß einem gegebenen Inkrement des Wertes des ausgewählten q zu bewegen, und zwar auf eine Anfrage des Anwenders, durch eine Maus oder die Tastatur. Darüber hinaus erlaubt diese Unterfunktion einem Anwender, die Anfangsbedingungen in die gerade bestehenden Werte zu verändern.MOVE allows a modeler or user to generalize Select coordinate and the mechanical system according to a given Increment of the value of the selected q to move, on request of the user, using a mouse or the keyboard. In addition, this allows Subfunction a user, the initial conditions in the just existing Change values.

Der Simulationscode, der durch den symbolischen Generator 15 erzeugt ist, und die Simulationsdaten, die durch das Systemdatenmodul 18 erzeugt sind, sind beide für eine Simulation erforderlich. Ein Modellierer oder Anwender muß der folgenden Prozedur für eine Simulation folgen.The simulation code generated by the symbolic generator 15 and the simulation data generated by the system data module 18 are both required for a simulation. A modeler or user must follow the following procedure for a simulation.

  • 1. Verändern des Unterprogramms, das durch den symbolischen Generator 15 erzeugt ist, und zwar bezüglich der Kräfte und/oder von Drehmomenten. 1. Changing the subroutine, which is generated by the symbolic generator 15 , with respect to the forces and / or torques.
  • 2. Compilieren und Verbinden des Simulationscodes zum Erzeugen eines ausführ­ baren Codes.2. Compile and link the simulation code to generate an execution codes.
  • 3. Laufenlassen des ausführbaren Codes.3. Run the executable code.

Der Zweck des Postprozessors 21 ist es, einem Modellierer oder Anwender zu erlauben, Simulationsergebnisdaten zu manipulieren, Datendateien zu erzeugen, die ausgewählte Mengen in einem von einem Anwender spezifizierten Format enthalten, x-y-Daten zu plotten und das Bild der Simulationsergebnisse zu bewegen. Die Funktion des Postprozessors ist in Fig. 6 der Zeichnungsseiten dargestellt. Die DATEI-Funktion bezieht sich auf fünf Unterfunktionen, wie es in der Zeichnung zu sehen ist. Eine Unterfunktion ÖFFNEN stellt ein Öffnen einer Simulations­ ergebnisdatei zur Verfügung. BENUTZEN aktiviert eine zuvor geöffnete Datei. SCHLIESSEN schließt eine zuvor geöffnete Datei. DIRECTORY zeigt alle Dateien mit Erweiterungen an, die auf den Postprozessor bezogen sind. VERLASSEN erlaubt, daß der Prozeß den Postprozessor verläßt. Eine HILFE-Funktion zeigt Hilfebotschaften an, die zu ausgewählten Abschnitten des Verfahrens gehören.The purpose of the post processor 21 is to allow a modeler or user to manipulate simulation result data, create data files containing selected quantities in a format specified by a user, plot xy data, and move the image of the simulation results. The function of the post processor is shown in Fig. 6 of the drawing pages. The FILE function refers to five sub-functions, as can be seen in the drawing. An OPEN sub-function provides the opening of a simulation result file. USE activates a previously opened file. CLOSE closes a previously opened file. DIRECTORY shows all files with extensions related to the postprocessor. EXIT allows the process to exit the postprocessor. A HELP function displays help messages that belong to selected sections of the procedure.

Die INFORMATIONS-Funktion betrifft sieben Unterfunktionen. DATEI erlaubt eine Anzeige der Namen der Dateien, die geöffnet worden sind und markiert die Datei, die gegenwärtig in Gebrauch ist. KOPF zeigt den Kopf an, der bei der aktiven Simulationsergebnisdatei definiert ist. TOPOLOGIE zeigt die mechanische Multikörpersystemtopologie auf die gleiche Art an, wie sie hierin zuvor für den Vorprozessor 13 beschrieben ist. Eine Unterfunktion EINGABE zeigt die Vielkör­ persystemdefinition an. Q & U zeigen die Definition der verallgemeinerten Koor­ dinaten und der verallgemeinerten Geschwindigkeiten an. Eine Unterfunktion BENUTZERFUNKTIONEN listet alle Namen der von einem Anwender definierten Funktionen auf. SIMULATIONSDATEN zeigt die numerischen Werte der Symbole und der Simulationsparameter an.The INFORMATION function affects seven sub-functions. FILE allows the names of the files that have been opened to be displayed and highlights the file that is currently in use. HEAD shows the head that is defined in the active simulation result file. TOPOLOGY displays the mechanical multibody system topology in the same manner as previously described for preprocessor 13 herein. A sub-function INPUT shows the multibody system definition. Q & U show the definition of the generalized coordinates and the generalized speeds. A subfunction USER FUNCTIONS lists all names of the functions defined by a user. SIMULATION DATA shows the numerical values of the symbols and the simulation parameters.

Die DATEN-Funktion betrifft vier Unterfunktionen. Eine Unterfunktion AUS­ DRUCK erlaubt Modellierern und Anwendern, ihre eigenen Variablen, einen Vektor oder einen Maßstab zu definieren. Eine Unterfunktion EXTERN erlaubt dem Modellierer oder Anwender, die Variablen durch Lesen von Werten von einer externen Datei zu definieren. Eine Unterfunktion ZEIGEN stellt eine Anzeige von numerischen Werten einer Variablen in einem von einem Modellierer oder Anwen­ der spezifizierten Bereich oder Rahmen zur Verfügung. DIRECTORY erlaubt eine Anzeige aller von einem Modellierer oder einem Anwender definierten Variablen und ihrer Definitionen.The DATA function affects four sub-functions. A sub-function OFF PRINT allows modelers and users to create their own variables Define vector or scale. An EXTERN sub-function allows the modeler or user, the variables by reading values from one define external file. A SHOW sub-function displays  numerical values of a variable in one by a modeler or user the specified area or framework is available. DIRECTORY allows one Display of all variables defined by a modeler or a user and their definitions.

Eine Funktion PLOTTEN betrifft sieben Unterfunktionen. Eine Unterfunktion KRÜMMUNG erlaubt dem Anwender, Krümmungen zu definieren, die durch ein Bildschirmeditieren geplottet werden. Eine Unterfunktion FENSTER erlaubt dem Prozessor, ein Fenster auszuwählen, um alle Daten zu überdecken und sie so weit wie möglich auszubreiten. Der Anwender kann auch ein Fenster und eine Anzahl von Divisionen in x und/oder y definieren. Eine Unterfunktion GITTER erlaubt einem Modellierer oder einem Anwender, Gitterlinien ein- oder auszuschalten. TITEL erlaubt einem Modellierer oder einem Anwender, einen Titel zu bestim­ men. Ein LABEL X und ein LABEL Y erlaubt einem Anwender ein Label zu bestimmen. Eine Unterfunktion ZEICHNEN stellt das Zeichnen der definierten Krümmungen auf dem Anzeigebildschirm zur Verfügung. Eine Funktion SCHREI­ BEN enthält zwei Unterfunktionen. ASCII erlaubt Modellierern oder Anwendern zeitliche Vorgeschichten einer ausgewählten Variablen in einem bestimmten ASCII- Format zu schreiben. NEU STARTEN erlaubt ein Erzeugen einer Eingabedatei für eine Simulation bei einer von einem Modellierer oder einem Anwender spezifi­ zierten Zeit zum Neu-Starten.A PLOT function affects seven sub-functions. A subfunction Curvature allows the user to define curvatures caused by a Screen editing can be plotted. A WINDOW sub-function allows this Processor to select a window to cover all the data and so far spread as possible. The user can also have a window and a number of divisions in x and / or y. A GRID subfunction allows a modeler or a user to switch grid lines on or off. TITLE allows a modeler or a user to determine a title men. A LABEL X and a LABEL Y allow a user to have a label determine. A sub-function DRAW represents the drawing of the defined one Curvatures are available on the display screen. A function SCREAM BEN contains two sub-functions. ASCII allows modelers or users temporal histories of a selected variable in a particular ASCII Writing format. RESTART allows the creation of an input file for a simulation for a specific model or user graced time to restart.

Die Funktion ANIMATION bzw. BILDER BEWEGEN, die in Fig. 6 zu sehen ist, betrifft drei Funktionen. Eine Unterfunktion AUSWAHL KÖRPER/ZEIGER bietet für einen Modellierer oder Anwender ein Auswählen von Körpern oder Zeigern an, um bei der Bildbewegung enthalten zu sein. Eine Unterfunktion WÄHLE RAHMEN AUS erlaubt einem Modellierer oder Anwender einen Bereich von Rahmen auszuwählen und erlaubt ein Springen zwischen jenen Rahmen während der Bildbewegung. BILD BEWEGEN startet eine Bildbewegung auf einem Anzeige­ schirm.The ANIMATION or MOVE IMAGES function shown in Fig. 6 relates to three functions. A BODY / POINTER SELECTION sub-function offers a modeler or user a selection of bodies or pointers to be included in the image movement. A SELECT subframe function allows a modeler or user to select a range of frames and allows jumping between those frames during image movement. MOVE IMAGE starts an image movement on a display screen.

Eine von dem hierin offenbarten System durchgeführte Bestätigung beantwortet die Frage in bezug darauf, ob Berechnungen des Systems erfolgreich implementiert worden sind. Bestimmte Leistungsfähigkeitsgrenzen sind dem System zu eigen, wie folgt. Die Komplexität und Größe des mechanischen Multikörpersystems, das behan­ delt werden kann, hängt von dem verfügbaren Speicher ab. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das hierin und gemäß der besten bekannten Art beschrieben worden ist, ist das System auf 50 mechanische Systemkörper oder Elemente, 100 verallgemeinerte Koordinaten (holonomische Freiheitsgrade), 100 Grenzwertbedin­ gungen und Treiber, 100 vom Anwender definierte Funktionen und 600 Symbole beschränkt. Diese Zahlen dienen als eine Zielkomplexität und geben nicht notwen­ digerweise die Grenzwertbedingungen auf Grund der Speichergröße eines bestimmten Computersystems wieder. Von Modellierern und Anwendern durch den Vorprozes­ sor 13, das Systemdatenmodul 18 und den Postprozessor 21 eingegebene Daten werden gegenüber Konventionskonflikten, physikalisch unmöglichen Anordnungen oder Eigenschaften und Übergröße des definierten mechanischen Multikörpersystems überprüft.A confirmation made by the system disclosed herein answers the question as to whether calculations of the system have been successfully implemented. Certain performance limits are inherent in the system as follows. The complexity and size of the mechanical multibody system that can be treated depends on the available memory. In the preferred embodiment described herein and in the best known manner, the system is limited to 50 mechanical system bodies or elements, 100 generalized coordinates (degrees of freedom), 100 limit conditions and drivers, 100 user-defined functions and 600 symbols . These numbers serve as a target complexity and do not necessarily reflect the limit conditions due to the memory size of a particular computer system. Data entered by modelers and users through the preprocessor 13 , the system data module 18 and the postprocessor 21 are checked against convention conflicts, physically impossible arrangements or properties and oversize of the defined mechanical multibody system.

Die Software, die entwickelt ist, um das hierin beschriebene Analysesystem laufen zu lassen, ist zu irgendeinem Computersystem mit einem UNIX-Betriebssystem, einem Standard-C-Compiler und einem Treiber/einer Bibliothek für PHIGS (oder X-WINDOW) transportierbar. Das erzeugte Simulationsprogramm ist, wie hierin zuvor erwähnt ist, vor Ort oder entfernt davon zu irgendeinem hierin offenbarten Analysesystem transportierbar, das einen standardmäßigen FORTRAN-77-Compiler hat.The software that is designed to run the analysis system described herein is to any computer system with a UNIX operating system, a standard C compiler and a driver / library for PHIGS (or X-WINDOW) transportable. The simulation program generated is as herein previously mentioned, on-site or remote therefrom to any disclosed herein Transportable analysis system using a standard FORTRAN-77 compiler Has.

An Hand eines Beispiels des Betriebs des offenbarten Analysesystems wird auf Fig. 7 der Zeichnung Bezug genommen. Fig. 7 zeigt einen Stanford-Arm, der aus sechs Elementen oder Körpern besteht, die mit B1, B2, B3, B4, B5 und B6 bezeichnet sind. B1 kann in einem Newton'schen Referenzrahmen N um eine vertikale Achse n₂ gedreht werden, die sowohl bei N als auch B1 fixiert ist und B1 stützt B2, der relativ zu B1 um eine horizontale Achse gedreht werden kann, die sowohl bei B1 als auch bei B2 fixiert ist. B3 wird durch B2 gestützt und kann dazu gebracht werden, eine Translationsbewegung relativ zu B2 durchzuführen, während er B4 trägt, der relativ zu B3 um eine Achse gedreht werden kann, die sowohl bei B3 als auch B4 fixiert ist. B5 ist mit B4 verbunden, und B6 ist mit B5 derart ver­ bunden, daß jeder relativ zu dem Körper, der ihn trägt, um eine Achse gedreht werden kann, die sowohl bei den stützenden als auch bei den gestützten Körpern fixiert ist. Referring to an example of the operation of the disclosed analysis system, reference is made to FIG. 7 of the drawing. Fig. 7 shows a Stanford arm which consists of six elements or bodies, which are denoted by B 1 , B 2 , B 3 , B 4 , B 5 and B 6 . B 1 can be rotated in a Newtonian reference frame N about a vertical axis n₂, which is fixed at both N and B 1 and B 1 supports B 2 , which can be rotated relative to B 1 about a horizontal axis, both is fixed at B 1 as well as at B 2 . B 3 is supported by B 2 and can be made to translate relative to B 2 while carrying B 4 , which can be rotated relative to B 3 about an axis fixed to both B 3 and B 4 . B 5 is connected to B 4 , and B 6 is connected to B 5 in such a way that each can be rotated about an axis relative to the body carrying it, which axis is fixed in both the supporting and the supported bodies .

Um das FORTRAN-Programm für den Stanford-Arm laufen zu lassen, muß ein Modellierer zuerst einen ausf 03218 00070 552 001000280000000200012000285910310700040 0002004118302 00004 03099ührbaren Code generieren und dann eine Datendatei erzeugen, die die folgende Information oder folgende Befehle enthält:To run the Stanford arm FORTRAN program, a must Modelers first generate executable code 03218 00070 552 001000280000000200012000285910310700040 0002004118302 00004 03099 and then a data file generate that contains the following information or commands:

  • 1. Eine Beschreibung des Laufes (in einer Zeile).1. A description of the run (in one line).
  • 2. Die numerischen Werte der folgenden Parameter (Systemdimensionen von Interesse):
    L1, L2, L3, L4, L5, L6, MA,
    IA1, IA2, IB1, IB2, IB3, MC,
    IC1, IC2, MD, ID1, ID2, ME, IE1,
    IE2, MF, IF1, IF2, IF3, G, K
    2. The numerical values of the following parameters (system dimensions of interest):
    L1, L2, L3, L4, L5, L6, MA,
    IA1, IA2, IB1, IB2, IB3, MC,
    IC1, IC2, MD, ID1, ID2, ME, IE1,
    IE2, MF, IF1, IF2, IF3, G, K
  • 3. Die Anfangswerte von Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q63. The initial values of Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6
  • 4. Die Anfangswerte von U1, U2, U3, U4, U5, U64. The initial values of U1, U2, U3, U4, U5, U6
  • 5. Die Wahl des Integrationsverfahrens.
    1: Fester Zeitschritt.
    2: Flexibler Zeitschritt.
    5. The choice of the integration process.
    1: Fixed time step.
    2: Flexible time step.
  • 6. Die Simulationsanfangszeit und -endzeit.6. The simulation start time and end time.
  • 7. Der Integrationszeitschritt.7. The integration time step.
  • 8. k: Ergebnisse werden alle k Integrationszeitschritte gedruckt werden.8. k: Results will be printed every k integration time steps.
Beispiel 1 (im System-Datenmodul)Example 1 (in the system data module)

1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1
2
0 5 0. 1 1
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1
2nd
0 5 0. 1 1

System Parameter (Simulationscodes/Dokumentationsecho der Eingabe):System parameters (simulation codes / documentation echo of the input):

L1 0.100000D+00
L2 0.100000D+00
L3 0.700000D+00
L4 -0.100000D+00
L5 0.000000D-01
L6 0.140000D+00
MA 0.900000D+01
IA1 0.100000D-01
IA2 0.200000D-01
MB 0.600000D+01
IB1 0.600000D-01
IB2 0.100000D-01
IB3 0.500000D-01
MC 0.500000D+01
IC1 0.400000D+00
IC2 0.100000D-01
MD 0.100000D+01
ID1 0.500000D-03
ID2 0.100000D-02
ME 0.600000D+00
IE1 0.500000D-03
IE2 0.200000D-03
MF 0.500000D+00
IF1 0.100000D-02
IF2 0.200000D-02
IF3 0.300000D-02
G 0.981000D+01
K 0.000000D+00
L1 0.100000D + 00
L2 0.100000D + 00
L3 0.700000D + 00
L4 -0.100000D + 00
L5 0.000000D-01
L6 0.140000D + 00
MA 0.900000D + 01
IA1 0.100000D-01
IA2 0.200000D-01
MB 0.600000D + 01
IB1 0.600000D-01
IB2 0.100000D-01
IB3 0.500000D-01
MC 0.500000D + 01
IC1 0.400000D + 00
IC2 0.100000D-01
MD 0.100000D + 01
ID1 0.500000D-03
ID2 0.100000D-02
ME 0.600000D + 00
IE1 0.500000D-03
IE2 0.200000D-03
MF 0.500000D + 00
IF1 0.100000D-02
IF2 0.200000D-02
IF3 0.300000D-02
G 0.981000D + 01
K 0.000000D + 00

Anfangsbedingung:Initial condition:

Q1 = 0.
Q2 = 0.
Q3 = 0.
Q4 = 0.
Q5 = 0.
Q6 = 0.
Q1 = 0.
Q2 = 0.
Q3 = 0.
Q4 = 0.
Q5 = 0.
Q6 = 0.

U1 = 0.
U2 = 0.
U3 = 0.
U4 = 0.
U5 = 0.
U6 = 0.
U1 = 0.
U2 = 0.
U3 = 0.
U4 = 0.
U5 = 0.
U6 = 0.

Integration mit flexiblem Zeitschritt (Echo der Befehle):Integration with flexible time step (echo of commands):

Anfangszeit = 0.
Endzeit = 5.00000
Integrationszeitschritt = 0.100000 Sekunden
Ergebnis, das alle k Schritte ausgedruckt wird; k = 1 (hier: alle 0.1 Sekunden)
Ausgabeauswahl:
Systembeschreibung
Massenzentrumsposition - global
Jede Körperorientierung - global
Massenzentrumsgeschwindigkeit - global
Jede Körperwinkelgeschwindigkeit - lokal
Beschleunigung - global
Winkelbeschleunigung - lokal
Simulationsüberprüfung
Aktive Kraft - global und Drehmoment - lokal
Zeitliche Vorgeschichte von Q
Zeitliche Vorgeschichte von U
Zeitliche Vorgeschichte von UD
Bewegungsbild-Datei, Topologieinformation
Originale numerische Anwender Eingabedatei
Start time = 0.
End time = 5.00000
Integration time step = 0.100000 seconds
Result that is printed out every k steps; k = 1 (here: every 0.1 seconds)
Issue selection:
System description
Mass center position - global
Any body orientation - global
Mass center speed - global
Any body angular velocity - local
Acceleration - global
Angular acceleration - local
Simulation check
Active force - global and torque - local
Chronological history of Q
Chronological history of U
Chronological history of UD
Movement image file, topology information
Original numeric user input file

Obwohl hier die beste Form, die zum Ausführen der vorliegenden Erfindung betrachtet ist, gezeigt und beschrieben ist, ist es offensichtlich, daß eine Abände­ rung und Variation ausgeführt werden kann, ohne von dem abzuweichen, was als Gegenstand der Erfindung betrachtet wird.Although here the best form for carrying out the present invention viewed, shown and described, it is obvious that a variation and variation can be carried out without deviating from what as Subject of the invention is considered.

Claims (31)

1. Verfahren zum wirksamen Analysieren eines holonomen, nicht-holonomen oder teilweise nicht-holonomen Mehrkörper­ systems, dadurch gekennzeichnet, daß
die Topologie einer allgemeinen Art des Mehrkörper­ systems definiert wird,
symbolische Gleichungen erzeugt werden, welche die Bewegungsgleichungen des allgemeinen Mehrkörpersystems dar­ stellen,
numerische Werte eingegeben werden, welche ein spe­ zifisches Mehrkörpersystem innerhalb der allgemeinen Art definieren,
der Betrieb des Mehrkörpersystems simuliert wird,
Simulationsergebnisse erhalten werden und daß
die Annehmbarkeit physikalischer und dem System auferlegter Grenzwertbedingungen bezüglich der eingegebenen numeri­ schen Werte überprüft und angezeigt wird.
1. A method for effectively analyzing a holonomic, non-holonomic or partially non-holonomic multibody system, characterized in that
the topology of a general type of multibody system is defined,
symbolic equations are generated, which represent the equations of motion of the general multibody system,
numerical values are entered which define a specific multibody system within the general type,
the operation of the multibody system is simulated,
Simulation results are obtained and that
the acceptability of physical and system-imposed limit value conditions with regard to the entered numerical values is checked and displayed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Definieren der Topologie den Schritt umfaßt, die grundlegende Offenschleife-Topologie zu definieren.2. The method according to claim 1, characterized in that that defining the topology includes the step of Define basic open loop topology. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Definieren der Topologie den Schritt umfaßt, eine Baumstruktur-Topologie zu definieren.3. The method according to claim 1, characterized in that defining the topology includes the step of one Define tree topology. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Definieren der Topologie den Schritt umfaßt, Grenz­ wertbedingungen zu definieren, welche geschlossene Kreis- Topologie- und nicht-holonome Zwänge definiert. 4. The method according to claim 1, characterized in that defining the topology includes the step, limit to define which closed circular Topology and non-holonomic constraints defined.   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Definieren von Grenzwertbedingungen die Stufe umfaßt, Kombinationen von Grenzwertgleichungen zu definie­ ren, welche zu unterschiedlichen Zeiten angewandt werden, um ein teilweises nicht-holonomes dynamisches System zu de­ finieren.5. The method according to claim 4, characterized in that defining limit conditions the level includes defining combinations of limit equations which are used at different times, to de a partially non-holonomic dynamic system finish. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsbedingungen des zweckmäßigen Systems bestimmt werden.6. The method according to claim 1, characterized in that determines the initial conditions of the appropriate system will. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationsergebnisse manipuliert werden, um ver­ schiedene in Betracht kommende Systemgrößen zu erhalten.7. The method according to claim 1, characterized in that the simulation results are manipulated to ver to get different possible system sizes. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der Simulationsergebnisse ge­ speichert wird.8. The method according to claim 1, characterized in that the time course of the simulation results ge is saved. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der in Betracht kommenden Sy­ stemgrößen gespeichert wird.9. The method according to claim 7, characterized in that the time course of the sy stem sizes is saved. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich ergebenden Simulationsergebnisse in zweidi­ mensionalem Format aufgetragen werden, so daß ein Überblick einer großen Anzahl von Informationen geschaffen wird.10. The method according to claim 1, characterized in that the resulting simulation results in two Dimensional format are applied, so that an overview a large amount of information is created. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen des Mehrkörpersystems angeregt werden, so daß eine anschauliche visuelle Information erhalten wird.11. The method according to claim 1, characterized in that the movements of the multibody system are stimulated, so that vivid visual information is obtained becomes. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulieren des Simuliersystems die Stufe umfaßt, ordinäre Differentialgleichungen zu lösen und die Lösungs­ integralergebnisse zu untersuchen, um die Genauigkeit der symbolischen Gleichungsformulierung zu bestimmen.12. The method according to claim 1, characterized in that that the simulation of the simulation system includes the stage  to solve ordinary differential equations and the solutions to examine integral results to determine the accuracy of the to determine symbolic equation formulation. 13. Verfahren zum Analysieren eines mechanischen Sy­ stems, welches miteinander verbundene mechanische Elemente umfaßt, wobei
die Basistopologie des mechanischen Systems definiert wird,
ein Inertialsystem fixierten Bezuges für das mecha­ nische System gewählt wird,
die Grenzwertbedingungen des mechanischen Systems spezifiziert werden, und
symbolische Bewegungsgleichungen für das unfreie System für ein holonomes, nicht-holonomes und teilweise nicht-holonomes dynamisches System aus den spezifizierten System-Zwangsbedingungen erzeugt werden.
13. A method of analyzing a mechanical system comprising interconnected mechanical elements, wherein
the basic topology of the mechanical system is defined,
an inertial system with a fixed reference is selected for the mechanical system,
the limit conditions of the mechanical system are specified, and
symbolic equations of motion for the non-free system for a holonomic, non-holonomic and sometimes non-holonomic dynamic system are generated from the specified system constraints.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf einer verallgemeinerten Ge­ schwindigkeit in Zuordnung mit einer Verbindung zwischen Elementen in dem mechanischen System vorgeschrieben wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the time course of a generalized Ge speed in association with a connection between Elements in the mechanical system. 15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftarten definiert werden, welche auf die mecha­ nischen Elemente einwirken.15. The method according to claim 13, characterized in that the types of force are defined which are based on the mecha act on African elements. 16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß skalare kinematische Größen für Systemkraft- und Dreh­ momentberechnung spezifiziert werden.16. The method according to claim 13, characterized in that scalar kinematic quantities for system force and rotation torque calculation can be specified. 17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfügbarkeit und Genauigkeit der erzeugten symbolischen Gleichungen betreffend Systemkonvention und Beschränkungen geprüft und angezeigt werden.17. The method according to claim 13, characterized in that  the availability and accuracy of the generated symbolic equations regarding system convention and restrictions are checked and displayed. 18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein alleinstehender durchführbarer Code geschaffen wird, welcher die Veränderbarkeit bzw. Tragbarkeit der ver­ zögerten Ausführung on site und off site schafft.18. The method according to claim 13, characterized in that that created a standalone executable code is, which the changeability or portability of ver delayed execution on site and off site. 19. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die numerischen Werte für Symbole und Anfangsbedin­ gungen eingegeben werden, um systemspezifische Bewegungs­ gleichungen zu erhalten, und
die systemspezifischen Bewegungsgleichungen für Körperposition-, Orientierung- und Grenzwertbedingungsglei­ chungen-Simulationsergebnisse gelöst werden.
19. The method according to claim 13, characterized in that
the numerical values for symbols and initial conditions are entered in order to obtain system-specific equations of motion, and
the system-specific equations of motion for body position, orientation and limit value condition equation simulation results are solved.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationsergebnisse manipuliert werden, um vor­ bestimmte in Betracht kommende Systemgrößen zu erhalten.20. The method according to claim 19, characterized in that the simulation results are manipulated to pre to get certain system sizes into consideration. 21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der Simulationsergebnisse ge­ speichert wird.21. The method according to claim 19, characterized in that the time course of the simulation results ge is saved. 22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der in Betracht kommenden System­ größen gespeichert wird.22. The method according to claim 20, characterized in that that the timing of the system under consideration sizes is saved. 23. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationsergebnisse in zweidimensionalem Format aufgetragen werden, so daß ein Überblick einer beträchtli­ chen Informationsmenge erhalten wird. 23. The method according to claim 13, characterized in that that the simulation results in two-dimensional format be applied so that an overview of a considerable Chen amount of information is obtained.   24. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen des mechanischen Systems animiert wer­ den, so daß eine visuelle Information erhalten wird.24. The method according to claim 13, characterized in that that who animates the movements of the mechanical system the so that visual information is obtained. 25. Vorrichtung zum Analysieren eines mechanischen Sy­ stems, welches miteinander verbundene mechanische Elemente aufweist, gekennzeichnet durch
einen Vorprozessor,
eine Dateneingabeeinrichtung zum Eingeben der me­ chanischen System-Topologie und Grenzwertbedingungen in den Vorprozessor,
durch eine mit dem Vorprozessor gekoppelte Einrich­ tung zum Formulieren symbolischer Bewegungsgleichungen für ein holonomes, nicht-holonomes und teilweise nicht-holono­ mes unfreies mechanisches System auf der Basis der einge­ gebenen Topologie und Grenzwertbedingungen.
25. Device for analyzing a mechanical system, which has interconnected mechanical elements, characterized by
a preprocessor,
a data input device for inputting the mechanical system topology and limit value conditions into the preprocessor,
by means of a device coupled to the preprocessor for formulating symbolic equations of motion for a holonomic, non-holonomic and sometimes non-holonomic, non-free mechanical system based on the entered topology and limit value conditions.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Einrichtung zum Eingeben von numerischen Sym­ bolwerten und anfänglichen Bedingungen in die Bewegungs­ gleichungen vorgesehen ist, und
eine Einrichtung Lösungen für die Bewegungsgleichun­ gen mit den eingegebenen numerischen Werten und anfänglichen Bedingungen schafft, um Simulationsergebnisse zu erhalten, welche Position des mechanischen Elementes, Orien­ tierung und Grenzwertbestimmungsgleichungs-Simulationen anzeigen.
26. The apparatus according to claim 25, characterized in that
means for entering numerical symbol values and initial conditions into the equations of motion is provided, and
a device creates solutions for the equations of motion with the entered numerical values and initial conditions in order to obtain simulation results which indicate the position of the mechanical element, orientation and limit determination equation simulations.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Manipulieren der Simulationsergeb­ nisse vorgesehen ist, so daß vorbestimmte in Betracht kom­ mende Systemgrößen erhalten werden. 27. The apparatus according to claim 26, characterized in that a device for manipulating the simulation results nisse is provided so that predetermined come into consideration system sizes can be obtained.   28. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aufzeichnen der Simulationsergeb­ nisse in einem zweidimensionalen Format.28. The apparatus according to claim 26, characterized by a device for recording the simulation results nisse in a two-dimensional format. 29. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Animieren der Bewegungen der mecha­ nischen Elemente.29. The device according to claim 26, characterized by a device for animating the movements of the mecha African elements. 30. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Gültigmachen von Topologie und Grenzwertbedingungen des mechanischen Systems hinsichtlich Systemkonvention und physikalischer Möglichkeiten vorge­ sehen ist.30. The device according to claim 25, characterized in that that a device for validating topology and Limit conditions of the mechanical system regarding System convention and physical possibilities featured see is. 31. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Gültigmachen symbolischer numeri­ scher Werte und anfänglicher Bedingungen hinsichtlich Systemkonvention und physikalischer Möglichkeiten vorge­ sehen ist.31. The device according to claim 26, characterized in that that a device for validating symbolic numeri values and initial conditions regarding System convention and physical possibilities featured see is.
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