FR2662827A1 - METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING A MECHANICAL SYSTEM WITH SEVERAL BODIES - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne l'analyse des systèmes mécaniques complexes. Dans un mode de modélisation, l'appareil fournit un modèle à plusieurs corps correspondant au système étudié, qui permet l'analyse de machines réelles complexes. Un pré-processeur (13) facilite la description du modèle, et un générateur symbolique (15) génère ensuite un programme informatique spécifique. Dans un mode de simulation numérique, les données du système réel sont combinées avec le programme du modèle, ce qui permet l'exploitation de l'appareil par un utilisateur qui n'est pas nécessairement familiarisé avec les techniques de modélisation, mais qui connaît bien le système modélisé. Application à la conception de machines.The invention relates to the analysis of complex mechanical systems. In a modeling mode, the apparatus provides a model with several bodies corresponding to the studied system, which allows the analysis of complex real machines. A pre-processor (13) facilitates description of the model, and a symbolic generator (15) then generates a specific computer program. In a digital simulation mode, data from the real system is combined with the model program, allowing operation of the device by a user who is not necessarily familiar with modeling techniques, but who is familiar with the modeled system. Application to the design of machines.
Description
i La présente invention porte sur un procédéThe present invention relates to a method of
permettant d'analyser efficacement un système à plu- to effectively analyze a system with several
sieurs corps, de type holonome, non holonome, ou non any body, holonomic type, non-holonomic, or not
holonome par morceaux,qui exige de définir la topolo- piece-wise holonomist, which requires defining the topo-
gie d'un type général de système à plusieurs corps et de générer des équations symboliques représentatives des équations de mouvement du système à plusieurs corps de type général Le procédé comprend en outre l'introduction de valeurs numériques définissant un système à plusieurs corps de type spécifique dans le cadre du type général, la simulation du fonctionnement The method further includes the introduction of numerical values defining a multi-body system of a specific type. as part of the general type, simulating the operation
du système à plusieurs corps, et l'obtention des ré- multi-body system, and obtaining
sultats de la simulation Le procédé comprend le con- results of the simulation The process involves
trôle et l'indication du caractère acceptable de res- control and the indication of the acceptability
trictions physiques et imposées par le système, rela- physical limitations imposed by the system,
tivement aux valeurs numériques qui ont été introdui- to the numerical values that were introduced
tes. L'invention décrit un procédé pour l'analyse your. The invention describes a method for the analysis
d'un système mécanique contenant des éléments mécani- a mechanical system containing mechanical elements
ques mutuellement liés, qui comprend les opérations consistant à définir la topologie de base du système mécanique, à sélectionner un référentiel fixe au point de vue inertiel pour le système mécanique, à spécifier les contraintes du système mécanique et à générer des équations symboliques de mouvement pour le système soumis aux contraintes, pour n'importe quel système mutually related, which includes the operations of defining the basic topology of the mechanical system, selecting an inertial fixed reference for the mechanical system, specifying the constraints of the mechanical system and generating symbolic equations of motion for the constrained system, for any system
dynamique de type holonome, non holonome et non holo- holonomic, non-holonomic and non-holo-
nome par morceaux, à partir des contraintes spécifiées nome in pieces, from the specified constraints
pour le système.for the system.
Un autre aspect de l'invention procure un Another aspect of the invention provides a
appareil pour l'analyse d'un système mécanique compor- apparatus for the analysis of a mechanical system
tant des éléments mécaniques mutuellement liés, qui comprend un préprocesseur, des moyens d'entrée de données pour l'introduction de la topologie et des mutually linked mechanical elements, which includes a preprocessor, data input means for the introduction of the topology and
contraintes du système mécanique dans le pré-proces- constraints of the mechanical system in the preprocess
seur, et des moyens associés au pré-processeur pour formuler des équations symboliques de mouvement pour n'importe quel système holonome, non holonome et non holonome par morceaux, faisant l'objet de contraintes, sur la base de la topologie et des contraintes qui ont and means associated with the preprocessor to formulate symbolic motion equations for any constrained holonomic, nonholonomic and nonholonomic piecewise system, based on the topology and constraints that have
été introduites.have been introduced.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la Other features and advantages of the invention will be better understood when reading the
description qui va suivre de modes de réalisation, following description of embodiments,
donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de given by way of non-limiting examples.
la description se réfère aux dessins annexés dans les- the description refers to the drawings appended hereto
quels: La figure l A est une représentation d'un système mécanique à plusieurs corps qui est analysé which: Figure l A is a representation of a multi-body mechanical system that is analyzed
conformément à l'invention.according to the invention.
La figure 1 B est une représentation du sys- Figure 1B is a representation of the system
tème mécanique à plusieurs corps de la figure l A dans multi-body mechanical system of Figure l A in
un état disjoint.a disjoint state.
La figure 2 est un schéma synoptique du sys- Figure 2 is a block diagram of the system
tème de l'invention.of the invention.
La figure 3 est un schéma synoptique de la Figure 3 is a block diagram of the
fonction de pré-processeur dans le système décrit. pre-processor function in the system described.
La figure 4 est un diagramme d'une visuali- Figure 4 is a diagram of a visualization
sation d'un exemple de topologie en arbre que produit an example of a tree topology that produces
le pré-processeur.the pre-processor.
La figure 5 est un schéma synoptique des fonctions qu'accomplit le module de données de système Fig. 5 is a schematic block diagram of the functions performed by the system data module
de l'invention.of the invention.
La figure 6 est un schéma synoptique des Figure 6 is a block diagram of
fonctions qu'accomplit le post-processeur de l'inven- functions performed by the postprocessor of the invention.
tion. La figure 7 est une représentation d'un tion. Figure 7 is a representation of a
autre système mécanique à plusieurs corps qui est ana- another multi-body mechanical system which is
lysé par l'invention.lysed by the invention.
Le système décrit ici permet d'effectuer une analyse de mouvements et de forces dans des systèmes The system described here makes it possible to perform an analysis of movements and forces in systems
mécaniques constitués par des corps rigides liés mu- mechanical components consisting of rigid bodies bound together
tuellement, tels que des machines, des robots, des véhicules et des engins spatiaux Le système qui est décrit ici utile le procédé de Kane pour formuler les équations qui régissent les mouvements de systèmes mécaniques et les forces agissantes, comme décrit dans l'ouvrage "Dynamics: Theory and Applications", Thomas R Kane et David A Levinson, McGraw-Hill Book Company Copyright 1985 (auquel on se référera ci-après sous such as machines, robots, vehicles and spacecraft The system described here is useful for Kane's method of formulating the equations governing the motion of mechanical systems and the driving forces, as described in the book " Dynamics: Theory and Applications, "Thomas R. Kane and David A. Levinson, McGraw-Hill Book Company Copyright 1985 (which will be referred to below as
l'appellation "Kane").the name "Kane").
Le procédé de Kane est associé aux techni- Kane's process is associated with
ques algébriques symboliques qui sont utilisées en symbolic algebraic issues that are used in
informatique pour générer une description de simula- computer to generate a description of simula-
tion spécifique pour un système à plusieurs corps donné On pourra se référer au document: "Symbol Manipulation Computer Program Generating Equations Of Motion Of Mechanical System", Yi-Chung Chang, Ph D. For a given multi-body system, reference may be made to the document: "Symbol Manipulation Computer Program Generating Equations Of Motion Of Mechanical System", Yi-Chung Chang, Ph.D.
Dissertation, Stanford University Library, 1989. Dissertation, Stanford University Library, 1989.
On peut toujours disjoindre un système méca- We can always separate a mechanical system
nique à plusieurs corps en rompant des liaisons entre many bodies by breaking links between
deux des corps dans le système, de façon que ce der- two of the bodies in the system, so that this last
nier présente une topologie ouverte ou en "arbre" La figure SA représente un système mécanique à plusieurs deny has an open topology or "tree" Figure SA represents a mechanical system with several
corps dans lequel des éléments ou des corps apparte- body in which elements or bodies belonging to
nant au système mécanique sont joints à des points de pivotement Il et 12 La figure 1 B représente le même système disjoint aux points de pivotement 11 et 12 Il est possible d'avoir plus d'un "arbre" dans un système quelconque On peut introduire des degrés de liberté entre deux éléments ou corps adjacents quelconques The mechanical system is joined to pivot points 11 and 12. FIG. 1B shows the same system disjoint at pivot points 11 and 12. It is possible to have more than one "shaft" in any system. degrees of freedom between any two adjacent elements or bodies
dans le système, en spécifiant des coordonnées généra- in the system, by specifying general coordinates
lisées et des vitesses généralisées, en ce qui concer- and generalized speeds, with regard to
ne la position et le mouvement relatifs entre ces deux corps Le nombre total de coordonnées généralisées est égal à celui des vitesses généralisées Le système est donc holonome On décrira ci-après les formulations exigées pour la simulation d'un système à plusieurs corps de type holonome Si le système a été disjoint comme représenté sur la figure 1, dans le but d'obte- the relative position and motion between these two bodies The total number of generalized coordinates is equal to that of the generalized velocities The system is therefore holonomic The following will be described the formulations required for the simulation of a multi-body system of holonomic type If the system has been disjoined as shown in Figure 1, for the purpose of obtaining
nir une topologie en "arbre", on peut imposer des con- to define a "tree" topology, it is possible to impose
traintes aux positions ou aux mouvements relatifs entre deux corps quelconques dans le système qui ont été séparés pendant le processus de disjonction, pour stresses at relative positions or motions between any two bodies in the system that have been separated during the disjunction process, for
recréer la liaison Lorsqu'on effectue ceci, les vi- recreate the link When doing this, the vi-
tesses généralisées ne sont plus indépendantes et par conséquent le système devient non holonome On décrira également ci-après les formulations pour la simulation Generalized tesses are no longer independent and therefore the system becomes non-holonomic. The formulations for simulation will also be described below.
d'un système à plusieurs corps de type non holonome. of a multi-body system of non-holonomic type.
En outre, en imposant différents jeux de contraintes à un système décrit par une topologie en "arbre", on peut décrire un système à plusieurs corps par morceaux, et les formulations slappliquant à un tel système sont également envisagées ci-après L'invention qui est In addition, by imposing different sets of constraints on a system described by a "tree" topology, a multi-piece system can be described, and the formulations applying to such a system are also contemplated hereinafter. is
décrire ici permet d'effectuer trois types de simula- describe here allows you to perform three types of simula-
tion, en fonction des degrés de liberté, de type holo- depending on the degrees of freedom, holo-
nome et/ou non holonome, du système à plusieurs corps. nome and / or non-holonomic, of the multi-body system.
Ces simulations comprennent une simulation cinémati- These simulations include a kinematic simulation
que, une simulation cinématique inverse et une simula- that, an inverse kinematic simulation and simula-
tion dynamique, qui sont également envisagées ci-après de façon plus détaillée Une fonction de contrôle d'énergie est incorporée pour procurer un niveau de confiance élevé dans les résultats numériques qui sont obtenus par ces diverses simulations Cette fonction de contrôle sera également décrite ci-après de façon plus détaillée Un système à plusieurs corps ayant une topologie en "arbre" contient p corps rigides Bi, (i = 1,, p), que l'on définira comme étant reliés à un corps défini précédemment ou à une référence inertielle N Comme on le voit sur la figure 1 B, on This is also discussed in more detail below. An energy control function is incorporated to provide a high level of confidence in the numerical results obtained by these simulations. This control function will also be described below. next in more detail A multi-body system having a "tree" topology contains p rigid bodies Bi, (i = 1 ,, p), which will be defined as being connected to a previously defined body or to an inertial reference. N As seen in Figure 1B, one
peut utiliser B pour représenter la référence iner- can use B to represent the inertial reference
tielle N Par conséquent, N ou B est toujours la Therefore, N or B is always the
racine de la topologie en arbre On peut définir l'ar- root of the tree topology We can define the
bre par un tableau j(i) de dimension p, et j(i) est l'index du corps auquel le corps Bl est relié Par exemple, le tableau j(i) du système à plusieurs corps de la figure 1 B est la suivant, lorsque les éléments du système à plusieurs corps sont désignés comme le montre la figure 1 B. i 1 2 3 4 5 6 7 8 j O 1 2 3 2 5 6 6 Bl a une masse mi et une somme de dyades d'inertie centrale égale à Ii On peut spécifier la configuration et le mouvement de Bl par rapport à B. par un nombre égal de coordonnées généralisées qr et de vitesses généralisées ur Après avoir spécifié qr et ur pour tous les B, avec i allant de 1 à p, on a un nombre total de qr' et donc de ur, qui est égal à n On dit alors que le système mécanique possède n degrés de liberté On désigne par Bt et BJ les centres de masse de Bl et B On désigne par (n 1, N 2, N 3) et (vil, v 32, v 33) deux jeux de vecteurs unitaires orthogonaux fixés dans Bl et B, et ces deux jeux coincident avec (ni, N 2, N 3), qui est un jeu de by a table j (i) of dimension p, and j (i) is the index of the body to which the body B1 is connected. For example, table j (i) of the multi-body system of FIG. next, when the elements of the multi-body system are designated as shown in Figure 1 B. i 1 2 3 4 5 6 7 8 j O 1 2 3 2 5 6 6 Bl has a mass mi and a sum of dyads of central inertia equal to Ii We can specify the configuration and the movement of Bl with respect to B. by an equal number of generalized coordinates qr and generalized velocities ur After having specified qr and ur for all B, with i ranging from 1 to p, we have a total number of qr 'and therefore ur, which is equal to n We say that the mechanical system has n degrees of freedom We denote by Bt and BJ the centers of mass of B1 and B We denote by n 1, N 2, N 3) and (vil, v 32, v 33) two sets of orthogonal unit vectors fixed in B1 and B, and these two sets coincide with (n1, N2, N3), q ui is a game of
vecteurs unitaires orthogonaux fixés dans N (ou C). Orthogonal unit vectors fixed in N (or C).
L'existence de ces vecteurs sera permise lorsque tous les qr seront égaux à zéro On note que lorsque j est The existence of these vectors will be allowed when all the qr will be equal to zero We note that when j is
égal à zéro, B* est un point fixé dans B 0, et les vec- equal to zero, B * is a fixed point in B 0, and the vectors
teurs unitaires N fixés dans Bl et Bj sont égaux aux vecteurs unitaires fixés dans N Si on désigne en N unit units fixed in B1 and Bj are equal to the unit vectors fixed in N.
outre par Bl et B deux points qui coïncident mutuel- besides by Bl and B two points which coincide
lement de façon instantanée et qui sont respectivement instantaneously and who are respectively
fixés de façon instantanée sur Bl et B, la configura- instantaneously fixed on Bl and B, the configura-
tion et le mouvement de Bl par rapport à B sont don- tion and movement of B1 with respect to B are given
nés par les grandeurs, suivantes, en fonction de q r et u r PJJ est un vecteur de position allant de B* à B dans des bases B. born by the following magnitudes, as a function of q r and u r PJJ is a position vector ranging from B * to B in bases B.
J J JJ J J
pll est un vecteur de position allant de B à B* dans des bases B. J 1 i J Ci est un vecteur de cosinus directeur allant de (vi, v 2, v 3) à (nl, n I, N 3) i' Vrel est la vitesse relative entre Bl et Bj, qui est égale à Vi Vj dans des bases B pll is a position vector from B to B * in bases B. J 1 i J Ci is a directional cosine vector from (vi, v 2, v 3) to (nl, n I, N 3) i 'Vrel is the relative velocity between Bl and Bj, which is equal to Vi Vj in B bases
jol est la vitesse angulaire de Bl par rap- jol is the angular velocity of Bl with respect to
port à B dans des bases B J iport to B in bases B J i
Si jest égal à zéro, B n'est pas nécessai- If i is zero, then B is not required
o rement fixé de façon instantanée dans N, et sa vitesse est donnée par: V, qui est la vitesse de B dans des bases o o is instantaneously fixed in N, and its speed is given by: V, which is the speed of B in bases o
N ou dans le référentiel.N or in the repository.
En outre, la relation entre ur et qr (c'est-à-dire la dérivée de qr), est donnée par l'expression suivante, faisant intervenir les matrices Yr et Z: rs r n ur t Yrs + Z (r = 1, n s= 1 l Il y a îi forces Fik (k = 1,, îi) qui agissent sur le corps Bl au point P et couples T agissant sur le corps Bi Ces quantités sont définies de la façon suivante: Fik est une force exprimée dans des bases B. ou des bases N pik est un vecteur de position allant de B* pik Ti est un couple exprimé dans des bases B. 1- ou N. La cinématique fait intervenir la position, Moreover, the relation between ur and qr (that is, the derivative of qr) is given by the following expression, involving the matrices Yr and Z: rs rn ur t Yrs + Z (r = 1 , ns = 1 l There are Fik forces (k = 1 ,, ii) which act on the body B1 at the point P and couples T acting on the body Bi These quantities are defined as follows: Fik is a force expressed in bases B. or bases N pik is a vector of position ranging from B * pik Ti is a pair expressed in bases B. 1- or N. The kinematics involves the position,
l'orientation, la vitesse partielle, la vitesse angu- orientation, partial speed, angular speed
laire partielle, l'accélération et l'accélération an- the partial acceleration, acceleration and acceleration of
gulaire de chaque élément ou corps, ainsi que les expressions des dérivées par rapport au temps de qri dans les termes ur et qr (r = 1,,n) Ces quantités liées à un corps B sont obtenues en faisant la somme i des quantités pour B et des quantités "relatives" entre Bl et Bj, en suivant l'ordre de la topologie en "arbre" de la racine vers les branches Les relations suivantes sont applicables: Matrice de cosinus directeurs de (n 1, N 2, oi n 3) à (n 1, N 2, N 3): ci = Oc J ici ( 1) Position de B*: i p = pi + oci pjj + oci pii ( 2) Vitesse angulaire partielle du corps B: o ci C = J+ i (r=l,,n) ( 3) r r Wr dans des bases B; Ut = i W t + t < ( 4) dans des bases Bi; w i = i Ci cj + jwi ( 5) dans des bases B Vitesse partielle de Bl: Si J 0, on a: Vi = (Vr)N + i (Vj) 3 x Pl r r N r +co x pii + vrel ( 6) r r (V)N dans des bases N ou des B Vr)N 1 T = (V) + Ci E(i +Wl 'c P 3 Vt =(Vt)N + CjÀ l(Vt)L t PJJ i +i rel +CJ x Pii + Vt ( 7) t t Vr = (Vr) + (Vr)L respectivement dans des r bN et L ' bases N et B dans des Vi = Vi + oci (Wi x PJJ) + Ci(tui x pii + vrel + O (w' x Pl + Vr bases N. Tandis que si j = 0, on a: V = V + Ci x pii + vrel r r r r Vr dans des bases N ou des bases B r 1 dans des dans des t t t t i = V O oi ii rel Vt V + C a P + V Vi = V + ci À ( O Coi x pii + vrel) bases N. Accélération angulaire de Bl: di = icj j j + i + jc i + id W gular of each element or body, as well as the expressions of the derivatives with respect to the time of qri in the terms ur and qr (r = 1,, n) These quantities bound to a body B are obtained by summing i the quantities for B and "relative" quantities between B1 and Bj, following the order of the "tree" topology from the root to the branches The following relationships are applicable: Directional cosine matrix of (n 1, N 2, where n 3) to (n 1, N 2, N 3): ci = Oc J here (1) Position of B *: ip = pi + oci pjj + oci pii (2) Partial angular velocity of the body B: o ci C = J + 1 (r = 1, n) (3) rr Wr in bases B; Ut = i W t + t <(4) in Bi bases; wi = i Ci cj + jwi (5) in bases B Partial velocity of Bl: If J 0, we have: Vi = (Vr) N + i (Vj) 3 x Plrr Nr + co x pii + vrel ( 6) rr (V) N in bases N or B Vr) N 1 T = (V) + Ci E (i + Wl 'c P 3 Vt = (Vt) N + CjA l (Vt) L t PJJ i + i rel + CJ x Pii + Vt (7) tt Vr = (Vr) + (Vr) L respectively in rbN and L 'bases N and B in Vi = Vi + oci (Wi x PJJ) + Ci ( Then, if j = 0, we have: V = V + Ci x pii + vrel rrrr Vr in N bases or B r 1 bases in in tttti = VO oi ii rel Vt V + C to P + V Vi = V + ci To (O Coi x pii + vrel) bases N. Angular acceleration of Bl: di = icj jj + i + jc i + id W
bases Bi, sans contribution de 6 r.Bi bases, without contribution of 6 r.
Accélération angulaire totale: n T + " i Jr * Ur r=l dans des bases B :1 ( 8) ( 9) ( 10) ( 11) ( 12) ( 13) Accélération de B*: Si j O o ai = (a')N + ici (a J)L +Wl x ( x P 33 JJ) + O j j x PP J+) i x ( i x pii) +xp id + 2 i x Vrel + d (Vrel) ( 14) dt (ai)N dans des bases N, ou des bases Bi; N d()rel est la dérivée par rapport au temps de Vrel dt( dans des bases Bi, sans contribution de 6 r, qui est la Total angular acceleration: n T + "i Jr * Ur r = 1 in bases B: 1 (8) (9) (10) (11) (12) (13) Acceleration of B *: If j O o ai = (a ') N + here (a J) L + Wl x (x P 33 JJ) + Ojjx PP J +) ix (ix pii) + xp id + 2 ix Vrel + d (Vrel) (14) dt (ai ) N in bases N, or bases Bi; N d () rel is the derivative with respect to the time of Vrel dt (in bases Bi, without contribution of 6 r, which is the
dérivée de ur par rapport au temps. derived from ur with respect to time.
Accélération totale: i=a i r n a T a + L Vir *r ( 15) r= 1 dans des bases N. Si j = O o: ai Nd o ';ii) dt (V ) + x( 1 x P) iel d (rel) + i x pii + 22 i rx V tel( l ( 16) qr s'exprime en fonction de ur et qr en utilisant: lW rsl =Yrsl ( 17) { Xr}= lWrsl {Z ( 18) et n qr 7 rs +s Xr ( 19) s=i On peut écrire les équations dynamiques sous la forme suivante: lMrsl {Ur} = R ( 20) Dans ce qui précède, lMrsl est une matrice de dimensions N x n, { r} est une matrice de dimen- sions N x 1 contenant 6 r, qui est la dérivée de ur par Total acceleration: i = airna T a + L Vir * r (15) r = 1 in bases N. If j = O o: ai Nd o '; ii) dt (V) + x (1 x P) iel d (rel) + ix pii + 22 i rx V tel (l (16) qr is expressed as a function of ur and qr using: lW rsl = Yrsl (17) {Xr} = lWrsl {Z (18) and n qr 7 rs + s Xr (19) s = i We can write the dynamic equations in the following form: lMrsl {Ur} = R (20) In the above, lMrsl is a matrix of dimensions N xn, {r} is a matrix of dimensions N x 1 containing 6 r, which is the derivative of ur by
rapport au temps, et { Rr J est une matrice de dimen- compared to time, and {Rr J is a dimensional matrix
sions N x 1 On utilise pour construire M et R les quantités cinématiques auxquelles on vient de faire sions N x 1 We use to build M and R the kinematic quantities we have just done
référence.reference.
M est la matrice de masse du système. M is the mass matrix of the system.
vi i i i i M = m g Vl ( & < 21) Mrs = mi r + Vs + r s)l ( 21) avec les notations suivantes: m est la masse du corps B; Vr, Vi sont donnés par les équations ( 6) ou ( 9); Ii est la somme des dyades d'inertie du corps B, c'est-à-dire: Ill N 1 N 1 + I 22 2 2 + I 33 3 3 + I 23 (n 2 N 3 + N 3 N 2) + I 31 (n 3 N 1 + N 1 N 3) + I 12 (nN 2 + N N ( 22) ir O Ci sont donnés par l'équation ( 3) R est le membre de droite des équations dynamiques vii i i i i M = m g Vl (& <21) Mrs = mi r + Vs + r s) l (21) with the following notations: m is the mass of the body B; Vr, Vi are given by equations (6) or (9); Ii is the sum of the inertial dyads of body B, that is to say: ## EQU1 ## + I 31 (n 3 N 1 + N 1 N 3) + I 12 (nN 2 + NN (22) ir O Ci are given by equation (3) R is the right-hand side of the dynamic equations
On détermine tout d'abord la force résultan- First, the resulting force is determined
te F et le moment résultant T par rapport au centre de masse de toutes les forces agissant sur chaque corps Bi, en utilisant: ui ik Fi = Fik ( 23) k=l dans des bases N ou des bases Bi, Ti = T + Pik x F ( 24) k= 1 dans des bases N ou des bases B On construit ensuite le couple d'inertie, sans contribution de la part de 6 r, de chaque corps B. T = Ii Xi + Cui (i wi) ( 25) I dans des bases B. Ii est la somme des dyades d'inertie de B. (équation ( 22)); i est donné par l'équation ( 12), wi est donné par l'équation ( 12), i west donné par l'équation ( 5) On obtient Rr par la relation Vli R = V r (mi a) + F i) i=l + r * '(T + T)l ( 27) dans laquelle Vr est donné par l'équation ( 6) ou ( 9) r M est la masse du corps B. i 1 i a est donné par l'équation ( 4) ou ( 16) F est donné par l'équation ( 23) i w r est donné par l'équation ( 3) r Ti est donné par l'équation ( 24) T* est donné est par l'équation ( 25) On appelle force b contrainte sur le corps B. la force résultante et le moment résultant par rapport à un point, fixé dans B ou B (le corps auquel B est relié d'après la topologie en "arbre"), que B doit J exercer sur Bi, en plus des forces et des couples te F and the resulting moment T with respect to the center of mass of all the forces acting on each Bi body, using: ui ik Fi = Fik (23) k = 1 in N bases or Bi bases, Ti = T + Pik x F (24) k = 1 in N bases or B bases One builds then the moment of inertia, without contribution from 6 r, of each body B. T = Ii Xi + Cui (i wi) (25) I in bases B. Ii is the sum of the inertial dyads of B. (equation (22)); i is given by equation (12), wi is given by equation (12), i west given by equation (5) We obtain Rr by the relation Vli R = V r (mi a) + F i i = l + r * '(T + T) 1 (27) where Vr is given by equation (6) or (9) r M is the mass of the body B. i 1 ia is given by the equation (4) or (16) F is given by equation (23) iwr is given by equation (3) r Ti is given by equation (24) T * is given is by equation (25) ) The resultant force and the resulting moment with respect to a point, fixed in B or B (the body to which B is connected according to the topology in "tree"), that B must be the force b on the body B. J exercise on Bi, in addition to strengths and couples
actifs donnés, pour produire les solutions de mouve- given assets, to produce the solutions for movement
ment pour le système Le problème est posé de la façon suivante Si les mouvements du système, toutes les forces et les couples actifs, un corps Bij et un point Pl fixé soit sur B soit sur Bj, et exprimé par un c i J vecteur de position P allant de B* ou de B* vers le c 1 l point intéressant dans la base fixée du corps, sont The problem is posed in the following way: If the system motions, all forces and active couples, a body Bij and a point P1 set to either B or Bj, and expressed by a ci J position vector P ranging from B * or B * to the c 1 l point of interest in the fixed base of the body, are
tous donnés, il reste à trouver Fci, c'est-à-dire la for- all given, it remains to find Fci, that is to say the
ce de contrainte que B exerce sur B dans ces bases ou références, et Tci c'est-à-dire le couple de contraite this constraint that B exerts on B in these bases or references, and Tci that is to say the couple of contrait
que B exerce sur B dans ces bases ou références. that B exerts on B in these bases or references.
Pour résoudre ce problème, on accomplit les procédures suivantes: 1 On détermine tous les corps, comprenant Bi, qui sont sur les branches de l'arbre de Bi Il y a lors un nombre total de NTR corps dont les numéros sont enregistrés dans le tableau ITR (k), avec To solve this problem, we perform the following procedures: 1 We determine all the bodies, including Bi, which are on the branches of the tree of Bi There is a total number of NTR bodies whose numbers are recorded in the table ITR (k), with
k = 1,,NTR.k = 1,, NTR.
NTR 2 Fi = Z (ma T-F)ITR(k) ( 30) c k=l dans des bases N, avec les notations suivantes: l'index ITR(k) s'applique à m, a T et F; m ITR(k) est la masse du corps Bl TR(k) a Test obtenu par l'équation ( 15); FITR(k) est obtenu par l'équation ( 23), résolue dans des bases N. NTR 2 Fi = Z (ma T-F) ITR (k) (30) c k = 1 in N bases, with the following notations: the index ITR (k) applies to m, a T and F; m ITR (k) is the mass of the body BL TR (k) a Test obtained by equation (15); FITR (k) is obtained by equation (23), solved in N bases.
i o J-i o J-
3 Si P est fixé sur Bi, la quantité Pc, c ' c c'est-à-dire la position de pi est: c o i i o i Op = p + C ( 28) c c dans des bases N, P étant donné par l'équation ( 2), tandis que Ci est donné par l'équation ( 1), ou bien si P est fixé sur Bj, on a: cj Opi = pi + C P ( 29) c c ( 29) c c 3 If P is fixed on Bi, the quantity Pc, that is to say the position of pi is: Coiioi Op = p + C (28) cc in bases N, P given by the equation (2), while Ci is given by equation (1), or if P is fixed on Bj, we have: cj Opi = pi + CP (29) cc (29) cc
4 On détermine T* pour tous les corps spé- 4 T * is determined for all the spe-
cifiés dans le tableau ITR(k): (T*)i = IZT + Xi x (Il J) ( 31) dans des bases Bi, avec les notations suivantes: I est la somme des diades d'inertie, donnée par l'équation ( 24), i T est donné par l'équation ( 13) ; i cified in the table ITR (k): (T *) i = IZT + Xi x (II J) (31) in bases Bi, with the following notations: I is the sum of the diads of inertia, given by the equation (24), i T is given by equation (13); i
wi est donné par l'équation ( 5).wi is given by equation (5).
NTR T = T-T+(P-i P) x (ma T-F)lTR(k) C k=l c T ITR(k) NTR T = T-T + (P-i P) x (ma T-F) lTR (k) C k = 1 c T ITR (k)
( 32)(32)
dans des bases N, avec les notations suivantes: l'index ITR(k) s'applique à T*, T, P, m, in N bases, with the following notations: the index ITR (k) applies to T *, T, P, m,
T' 'T ''
a T et F (T)ITR(k) est donné par l'équation ( 31) TITR(k) est donné par l'équation ( 24) a T and F (T) ITR (k) is given by equation (31) TITR (k) is given by equation (24)
PITR(k) est donné par l'équation ( 2). PITR (k) is given by equation (2).
Une fois qu'on a défini un système à plu- Once a system has been defined
sieurs corps ayant une topologie en "arbre", on peut imposer des contraintes au système, pour produire un système à plusieurs corps ayant des contraintes de configuration ou de mouvement On définit de la façon If a body with a topology in "tree", one can impose constraints on the system, to produce a system with several bodies having constraints of configuration or movement One defines in the way
suivante des contraintes de configuration et de mouve- following configuration and movement constraints
ment Il faut noter que ces deux types de contraintes It should be noted that these two types of constraints
concernent des contraintes s'appliquant à la configu- relate to constraints applying to the configuration of
ration relative ou au mouvement relatif entre deux relative ration or relative motion between two
corps On envisagera ultérieurement un type de con- body We will consider later a type of
trainte plus général que l'on peut utiliser pour res- more general training that can be used to
treindre des mouvements d'un système On définit une to draw the movements of a system We define a
contrainte de configuration par les quantités suivan- configuration constraint by the following quantities
tes. Deux corps Bl et B. Deux vecteurs de position apparaissant comme des vecters G H vecteurs P i Pk respectivement dans des bases B your. Two bodies B1 and B. Two position vectors appearing as vectors G H vectors P i Pk respectively in bases B
et B P est le vecteur de position de B jus- and B P is the position vector of B jus-
k H qu'à un point G, et Pk est le vecteur de position de B* jusqu'à un point H Ces deux vecteurs sont k H at a point G, and Pk is the position vector of B * up to a point H These two vectors are
des fonctions de qr et de t, ou des constantes. functions of qr and t, or constants.
Un vecteur unitaire b fixé dans Bl ou Bk 1 exprimé A unit vector b fixed in B1 or Bk 1 expressed
dans des bases Bl ou Bk.in bases Bl or Bk.
Des constantes.Constants.
Une fonction du temps f V définie par la relation suivante: f A (NPG _ NPH b ( 33) dans laquelle f T est ou peut être une constante; P et P sont des positions respectives de G et H dans N. On peut définir une contrainte de mouvement par les quantité suivantes: Deux corps Bl et Bk i k G H G Deux vecteurs de position P, P P va de Bt à un point G, et on peut le décomposer en deux compo- A function of the time f V defined by the following relation: f A (NPG _ NPH b (33) in which f T is or can be a constant, P and P are respective positions of G and H in N. We can define a constraint of movement by the following quantities: Two bodies B1 and Bk ik GHG Two vectors of position P, PP goes from Bt to a point G, and it can be decomposed into two components
santes P' Get Pi, qui sont respectivement expri- P 'Get Pi, who are respectively
mées dans des bases B et des bases Bii Bi est un in B bases and bi bases Bi is a
corps dans le système autre que Bi. body in the system other than Bi.
p G = p +G ( 34) p ii De façon similaire: p G = p + G (34) p ii Similarly:
H H HH H H
=k kk ( 35) Un vecteur unitaire b dans des bases d'un corps = k kk (35) A unit vector b in bases of a body
sélectionné, par exemple des bases Bi. selected, for example Bi bases.
Des composantes constantes.Constant components.
Une fonction du temps f T' définie par la relation: f T (V V) b ( 36) dans laquelle VG et VH sont des vitesses des points respectifs G et H, en supposant qu'ils sont fixés de façon instantanée respectivement dans B. A function of the time f T 'defined by the relation: f T (V V) b (36) in which VG and VH are speeds of the respective points G and H, assuming that they are instantaneously fixed respectively in B.
et Bk-and Bk-
On peut spécifier une contrainte générale en définissant des coefficients A (r = 1,,n) et B, r sous la forme de fonctions du temps et de qr de l'équation de contrainte non holonome suivante: n- z Ar Ur + B = O ( 37) r=l A general constraint can be specified by defining coefficients A (r = 1,, n) and B, r as functions of time and qr of the following non-holonomic constraint equation: n- z Ar Ur + B = O (37) r = 1
Lorsqu'on impose toutes les contraintes pré- When imposing all the constraints
cédentes, qui s'élèvent à m équations de contrainte, le système possède p degrés de liberté, avec: p = N m ( 38) Le calcul cinématique précédent a pour but cedentes, which amount to m equations of stress, the system has p degrees of freedom, with: p = N m (38) The purpose of the previous kinematic calculation is
de générer une équation de contrainte de la forme don- to generate a constraint equation of the form
née par l'équation ( 37) pour chacune des contraintes de configuration ou de mouvement et, par des différen- tiations, de générer l'équation de contrainte associée pour r, afin de générer des quantités D telles que: n rl Ar 6 r + D = O ( 39) r= la quantité D pouvant s'exprimer de la façon suivante: n D( 40 u) D = r 1 rr U r r( 40) En combinant ces équations pour toutes les contraintes, on peut mettre sous un format matriciel les équations de contrainte globales: lAerl {Ur + {Be} = O ( 41) lAerl { 6 r} + {De = O ( 42) Dans les équations ( 41) et ( 42), lAerl est une matrice de dimensions m x n, {ur} et Pur} sont des matrices de dimensions N x 1, contenant ur et r, et lBel et generated by equation (37) for each of the configuration or motion constraints and, by differentiations, to generate the associated constraint equation for r, in order to generate quantities D such that: n rl Ar 6 r + D = O (39) r = the quantity D which can be expressed as follows: n D (40 u) D = r 1 rr U rr (40) By combining these equations for all the constraints, we can put under a matrix format the global constraint equations: lAerl {Ur + {Be} = O (41) lAerl {6 r} + {De = O (42) In equations (41) and (42), lAerl is a matrix of dimensions mxn, {ur} and Pur} are matrices of dimensions N x 1, containing ur and r, and lBel and
lDel sont des matrices de dimensions m x 1 Les con- lDel are matrices of dimensions m x 1
traintes de configuration sont exprimées de façon explicite en fonction de qr et de t, pour faciliter la détermination d'un ensemble de qr et t satisfaisant configuration trainings are explicitly expressed as a function of qr and t, to facilitate the determination of a set of qr and t satisfying
ces équations de contrainte de configuration. these constraint equations of configuration.
N G o i G ( 3 Np G = p+ ci p Gi ( 43 Np H = pk + ock H ( 44) aepi k avec P, P donnés par l'équation ( 2), ## EQU1 ##
Ci o Ck donnés par l'équation ( 1). Ci o Ck given by equation (1).
On applique ensuite l'équation ( 3) pour for- Equation (3) is then applied to form
mer des équations de contrainte de configuration, exprimées explicitement en fonction de qr et t: g (qrt) = O ( 45) sea of constraint equations of configuration, expressed explicitly according to qr and t: g (qrt) = O (45)
On détermine ensuite des équations de con- Conquest equations are then determined.
trainte de mouvement associées, sous la forme des équations ( 37) et ( 39) : VG =V+Xi i p G + ld (p G)J ( 46) r r i dt r dans des bases N ou des bases B i Vr est donné par l'équation ( 6) ou ( 9), oi est donné par l'équation ( 3), id G ld(Pi)lr est la r-ième vitesse partielle de id G G dti P) qui est la dérivée par rapport au temps de Pl dans la référence Bl dans des bases Bi (équation ( 19), etc). VG = Vt + Gt i d ( 47) dans des bases N ou des bases B i V est donné par l'équation ( 7), t i ctest donné par l'équation ( 4), id G ld(PG)lt est le reste de vitesse de dt(Pi) H k k H lkd H v = V + &r x Pk + Ldt(P)Ir ( 48) r =r r k xt < 4 H k k t k + VG V i xp G Gd P) ( 50) VtVt+ at x P + -d(P)t < 50) V = v + C Ai X dt i+ Vi dans des bases N ou des Bi, est donné par l'équation ( 8) ou ( 11), cwiest donné par l'équation ( 5), et Hk k H kd Hp)( 1 VH = Vk x + dk x P k + d( 51) G =ai+ i x G +i lwix PG+ 2d(PG)lj a a + X X i 2 dt i id 2 + d (p G) ( 52) dt 2 i a est exprimé dans des bases N ou des bases Bl i' a est donné par l'équation ( 14) ou ( 16), i est donné par l'équation ( 12), oest donné par l'équation < 12), i i est donné par l'équation ( 5), et on a également: H k k H kxrwkx kd HP 1) a = a + t x Pk + Hk k P HkdH)l + (k Ix l Pk+ 2 (Pk) k d (Pl Hdtk ( 53) + dd (Pk) ( 3 On prend b=i si b est fixé dans Bi, et b=k si b est fixé dans Bk; on a alors: Lr =b lVG VH -b x (Np G _ Np H 54) Vr est donné par l'équation 46), v Gest donné par l'équation ( 46), r VH est donné par l'équation ( 47), r w r est donné par l'équation ( 3), r Np G, p sont donnés par les équations ( 43) associated motion train, in the form of equations (37) and (39): VG = V + Xi ip G + ld (p G) J (46) in bases N or bases B i Vr is given by equation (6) or (9), where is given by equation (3), id G ld (Pi) lr is the third partial speed of id GG dti P) which is the derivative with respect to time of Pl in the reference Bl in bases Bi (equation (19), etc). VG = Vt + Gt id (47) in bases N or bases B i V is given by equation (7), ti ctest given by equation (4), id G ld (PG) lt is the rest velocity of dt (Pi) H kk H lkd H v = V + & r x Pk + Ldt (P) Ir (48) r = rrk xt <4 H kktk + VG V i xp G Gd P) (50) VtVt + at x P + -d (P) t <50) V = v + C Ai X dt i + Vi in N bases or Bi, is given by equation (8) or (11), given by the equation (5), and Hk k H kd Hp) (1 VH = Vk x + dk x P k + d (51) G = ai + ix G + i lwix PG + 2d (PG) lj aa + XX i 2 dt i id 2 + d (p G) (52) dt 2 ia is expressed in N bases or bases B i a is given by equation (14) or (16), i is given by equation (12), given by equation (12), it is given by equation (5), and we also have: H kk H kxrwkx kd HP 1) a = a + tx Pk + Hk k P HkdH) l + (k Ix l Pk + 2 (Pk) kd (Pl Hdtk (53) + dd (Pk) (3 We take b = i if b is fixed in Bi, and b = k if b is fixed in Bk, we have then: Lr = b lVG VH -bx ( Np G _Np H 54) Vr is given by equation 46), v Gest given by equation (46), r VH is given by equation (47), rwr is given by equation (3) , r Np G, p are given by equations (43)
et ( 44).and (44).
GV H b Np G Np H B = b Vt Vt b x (Np Np H)l d t tt dt (T) ( 55) D = b la G a H 2 W b x (VG V) b x (PG _ p H) wb x (w b x (Np G-Np H))l d 2 dt 2 (f T) ( 56) GV H b Np G Np HB = b Vt Vt bx (Np Np H) dt tt dt (T) (55) D = b the G a H 2 W bx (VG V) bx (PG _ p H) wb x ( wbx (Np G-Np H)) ld 2 dt 2 (f T) (56)
Ces équations sont les équations de con- These equations are the equations of
trainte sous la forme des équations ( 37) et ( 39). in the form of equations (37) and (39).
On décrira ci-après comment on obtient un jeu de valeurs de qr et t qui satisfait toutes les contraintes de configuration Si on désigne par L le nombre total de contraintes de configuration, on peut combiner toutes les contraintes de configuration pour obtenir: ge(qrt) = O (e = 1,,L) ( 57) lAerl {ur + Be = O (r = 1,,n) ( 58) We will describe below how one obtains a set of values of qr and t which satisfies all the constraints of configuration If one denotes by L the total number of constraints of configuration, one can combine all the constraints of configuration to obtain: ge (qrt ) = O (e = 1,, L) (57) lAerl {ur + Be = O (r = 1,, n) (58)
Pour montrer l'utilisation de la méthode de Newton- To show the use of Newton's method
Raphson pour résoudre le système d'équations non li- Raphson to solve the system of non-linear equations
néaires correspondant aux équations ( 57), on suppose que les L premiers qr sont des inconnues dont on doit déterminer les valeurs, tandis que les qr restants corresponding to equations (57), it is assumed that the first L qr are unknowns whose values must be determined, while the remaining qrs
sont des quantités connues fixées On obtient la ma- are fixed known quantities.
trice suivante: D Ier' l=-d J (e,r = 1,,L) r {lAerl'lYrslL premières colonnes ( 59) dans laquelle lYrsl est une matrice de dimensions n x N qui est définie dans la relation relative à la The following is a first matrix (59) in which lYrsl is a matrix of dimensions n x N which is defined in the relation relative to the first column (59).
solution pour ur donnée précédemment Avec les équa- solution for ur given previously With the equa-
tions ( 57), ( 59) et une hypothèse initiale concernant tions (57), (59) and an initial assumption concerning
la valeur de qr (r = 1,,n), on peut trouver la so- the value of qr (r = 1,, n), we can find the
lution relative à qr (r = 1,,L) par la méthode de Newton-Raphson. Le calcul des équations de contrainte de mouvement est le suivant: G i i G V = V +oi Jx p G ( 60) r r r dans des bases N ou des bases B. i i Vi est donné par l'équation ( 6) ou ( 9), r i Cr est donné par l'équation ( 3), G p G est donné par l'équation ( 2) dans des bases Bi, et v G ji o Gi p G ( 61) Vt = Vt + t x ( 61) H Vk +(>k p H ( 62) Vr = Vr +Cor x p H ( 62) r r r VH = Vk +cuk x p H ( 63) Vt = V t t x VG =i + x p G ( 64) avec Vi dans des bases N ou des Bi, Viest donné par l'équation ( 8), Xi est donné par l'équation ( 5), et H = k + k x p H V = V +W x P ( 65) G Nd G a = (V) = ai + Cg i PG + d(p G + ii ji G d i +d (PG)l+" x p G +dt x PG. ii ( 66) avec ai dans des bases N ou des bases Bi, Nd G -d(VG) est la dérivée par rapport au temps dt de V, qui est la vitesse de G, en supposant G fixé de façon instantanée, dans Bl ou dans N, ii a est donné par l'équation ( 14) ou ( 16) ui W ii sont donnés par l'équation ( 5), G G P Pii sont donnéspar l'équation ( 34), d (p Gi) sont des dérivées par rapport au tesi temps de P dans des bases B. i I temps de i i dt (p G dt ii) sont des dérivées par rapport au P dans des bases Bii, i est donn par l'quation ( 12), et z( est donné par l'équation ( 12), et H Nd H a = dt (V) k k k x H kd a +W x l x + H (P) kk H kkd p H k p H + C x Pkk + dt (Pkk)l x z x P ( 67) A = b lVG VH ( 68) b est donné par l'équation ( 36), Vr est donné par l'équation ( 60), r VH est donné par l'équation ( 62), r B = b l V V H f T ( 69) D =b la G a H b x VG V v H) -d ( 70) dt (f T) a, a sont donnés par les équations ( 66) et lution relative to qr (r = 1,, L) by the method of Newton-Raphson. The computation of the motion stress equations is as follows: G ii GV = V + oi Jx p G (60) rrr in bases N or bases B. ii Vi is given by equation (6) or (9) , Cr is given by equation (3), G p G is given by equation (2) in bases Bi, and v G ji o Gi p G (61) Vt = Vt + tx (61) H Vk + (> kp H (62) Vr = Vr + Cor xp H (62) rrr VH = Vk + cuk xp H (63) Vt = V ttx VG = i + xp G (64) with Vi in N bases or of Bi, Vi is given by equation (8), Xi is given by equation (5), and H = k + kxp HV = V + W x P (65) G Nd G a = (V) = ai + Cg + PG + d (p G + ii) G i + d (PG) 1 + "xp G + dt x PG ii (66) with ai in N bases or Bi bases, Nd G -d (VG) is the derivative with respect to the time dt of V, which is the velocity of G, assuming G fixed instantaneously, in B1 or in N, ii a is given by equation (14) or (16) ui W ii are given by equation (5), GGP Pii are given by equation (34), d (p Gi) are derivatives with respect to the time lapse of P in bases B. i I times of ii dt (p G dt ii) are derivatives with respect to P in bases Bii, i is given by equation (12 ), and z (is given by equation (12), and H Nd H a = dt (V) kkkx H kd a + W xlx + H (P) kk Hkkd p Hkp H + C x Pkk + dt (Pkk) lxzx P (67) A = b lVG VH (68) b is given by equation (36), Vr is given by equation (60), r VH is given by equation (62), r B = bl VVH f T (69) D = b the G a H bx VG V v H) -d (70) dt (f T) a, a are given by equations (66) and
( 67),(67),
b 6 b est donné par l'équation ( 5), G v H V, V sont donnés par les équations ( 64) et b 6 b is given by equation (5), G v H V, V are given by equations (64) and
( 65).(65).
Du fait que A et B sont donnés dans ce cas r sous la forme de fonctions de qr et t, il suffit dans le cas de la contrainte générale de déterminer D par la relation: nd D = N d (Ar) u ur dt () ( 71) r=lt r dans laquelle d N D Ar Ar -t (A r) = 51 <a qsqs a t ( 72) dt (r) qs qsa+t s=l d N B _ B ( 73) dt (B) = S t s=l Les équations dynamiques sont la combinaison des équations dynamiques holonomes, c'est-à-dire celles pour le système à topologie en "arbre" avant que des contraintes ne soient imposées, avec l'ajout de la contribution du multiplicateur de Lagrange X e qui est associé à chaque contrainte, et de la totalité des équations de contrainte On peut réécrire ces Since in this case A and B are given in the form of functions of qr and t, in the case of the general constraint it suffices to determine D by the relation: nd D = N d (Ar) u ur dt ( ) (71) r = lt r where d ND ArAr -t (A r) = 51 <a qsqs t (72) dt (r) qs qsa + ts = ld NB _ B (73) dt (B) = S ts = l Dynamic equations are the combination of holonomic dynamical equations, that is, those for the tree-topology system before constraints are imposed, with the addition of the multiplier contribution. of Lagrange X e which is associated with each constraint, and of the totality of the constraint equations We can rewrite these
équations d'après l'équation ( 20), avec la contribu- equations (20), with the contribution of
tion de Ae et des équations ( 41) et ( 44), sous la e forme IMI { 6} = JR} + lAl T ( 74) lAl {u J + {B i = O ( 75) lAI l + {D = O ( 76) Dans les équations ( 74), ( 75) et ( 76), M est une matrice de dimensions N x n, R est une matrice de dimensions N x 1, X est une matrice de dimensions m xl, A est une matrice de dimensions m x n, et B et D sont des matrices de dimensions m x 1 Il faut noter à Ae and equations (41) and (44), in the form IMI {6} = JR} + Al (74) 1Al {u J + {B i = O (75) lAl l + {D = O (76) In equations (74), (75) and (76), M is a matrix of dimensions N xn, R is a matrix of dimensions N x 1, X is a matrix of dimensions m x1, A is a matrix of dimensions mxn, and B and D are matrices of dimensions mx 1 It should be noted at
nouveau que N représente les degrés de liberté holono- again that N represents holonic degrees of freedom
mes du système mécanique, et que m est le nombre total de contraintes imposées au système Le nombre de degrés de liberté non holonomes p est donc: p = n-m, mes of the mechanical system, and that m is the total number of constraints imposed on the system The number of non-holonomic degrees of freedom p is therefore: p = n-m,
comme le montre l'équation ( 38).as shown in equation (38).
Pour simplifier les explications, on suppose que les P premiers ur, désignés par ui, sont choisis To simplify the explanations, we suppose that the first P ur, designated by ui, are chosen
de façon à être des vitesses généralisées indépendan- in order to be independent generalized speeds
tes, et que les m ur restants, sont désignés par u D et sont des vitesses généralisées dépendantes On peut donc décomposer la matrice A en deux parties, AI et AD, et on peut écrire les équations ( 75) et ( 76) sous la forme suivante: lA 1 AD 1 Ou}+ {BJ = O ( 77) fu lAI AD 1u + Dj = O ( 78) De façon similaire, on peut décomposer M et R, et on peut réécrire l'équation ( 74) de la façon suivante: are, and that the remaining ones, are denoted by u D and are dependent generalized velocities. We can thus decompose the matrix A in two parts, AI and AD, and we can write the equations (75) and (76) under the following form: lA 1 AD 1 Or} + {BJ = O (77) fu lAI AD 1u + Dj = O (78) Similarly, we can decompose M and R, and we can rewrite the equation (74) of the following way:
T M T+ {") ( 79)T M T + {") (79)
On peut poser le problème de la façon sui- The problem can be posed as follows
vante Si M, R, A, B, D et u I sont donnés, on peut If M, R, A, B, D and u are given, we can
déterminer u D, 1 I (à intégrer), 6 D (à utiliser seule- determine u D, 1 I (to be integrated), 6 D (to be used alone)
ment pour calculer des accélérations), et A L'explication qui suit de la résolution de ce problème mathématique sera diviséeen deux catégo- to calculate accelerations), and A The following explanation of the resolution of this mathematical problem will be divided into two categories:
ries La première catégorie concerne un cas dynamique, c'est-à-dire un cas dans lequel p n'est pas égal à The first category concerns a dynamic case, ie a case in which p is not equal to
zéro La seconde catégorie concerne un cas cinémati- The second category concerns a cinematic case
que, dans lequel p est égal à zéro Dans le cas dyna- that in which p is zero In the case of dyna-
mique dans lequel p n'est pas égal à zéro, on cons- in which p does not equal zero,
truit de la façon suivante les matrices pour Ac, Bc et D c truce in the following way the matrices for Ac, Bc and D c
A = 1 A ( 80)A = 1 A (80)
c D I -1 Bc = -AD B ( 81)c D I -1 Bc = -AD B (81)
D =-A D ( 82)D = -A D (82)
àAD A est une matrice de dimensionsm x p et B et D sont c C C des matrices de dimensions m x 1 On obtient ensuite u D par la relation: {u D 3 = lAl 1 { u I +Bi} ( 83) On construit de la façon suivante les matrices pour M (p x p) et R (p x 1): dA is a matrix of dimensions m xp and B and D are c CC matrices of dimensions mx 1 We then obtain u D by the relation: {u D 3 = Al 1 {u I + Bi} (83) We construct following the matrices for M (pxp) and R (px 1):
C CC C
M+ M +M A + (MDA) AT M AM + M + M A + (MDA) AT M A
c I ID c (MID A c D Ac ( 84) c I + Ac RD -(MID + Ac MD) D ( 85) c I ID c (MID A c D Ac (84) c I + Ac RD - (MID + Ac MD) D (85)
CC C D ICC C D I
On détermine ensuite 6 i par la relation: I ûA} = lMel {R O R ( 86) On détermine D par la relation: UDJ = lA%l t J} + {De ( 87) On détermine par la relation: j AJ= A-T L-RD + (MID + MDA) + MD)( 88) Then 6 i is determined by the relation: I ûA} = 1Mel {ROR (86) One determines D by the relation: UDJ = lA% lt J} + {From (87) One determines by the relation: j AJ = A- T L-RD + (MID + MDA) + MD) (88)
D.} ID + M-D + (MZDD.} ID + M-D + (MZD
On note que l'équation ( 86) représente les équations We note that equation (86) represents the equations
dynamiques du système non holonome. dynamics of the non-holonomic system.
Dans la catégorie cinématique, dans laquelle p est égal à zéro, A est une matrice de dimensions In the kinematic category, where p is zero, A is a dimension matrix
N x n, et tous les ur sont des variables dépendantes. N x n, and all urs are dependent variables.
On détermine u et par les relations: 1-1 { us = -A -B ( 89) We determine u and by the relations: 1-1 {us = -A -B (89)
3 = -A D ( 90) 3 = -A D (90)
On détermine A par la relation: A= AT l-R + M l ( 91) A is determined by the relation: A = AT 1 -R + M 1 (91)
Tous les r ne seront pas intégrés, mais seront utili- Not all r will be integrated, but will be used
sés seulement pour obtenir l'information d'accéléra- only to obtain the accelerating information
tion. Les forces de contrainte pour un système non holonome correspondent à deux types de forces ou de couples Le premier type comprend la force qui est nécessaire pour maintenir chaque contrainte imposée au tion. The forces of stress for a non-holonomic system correspond to two types of forces or couples. The first type comprises the force that is necessary to maintain each constraint imposed on the
système à topologie en "arbre" décrit précédemment. topology system in "tree" described above.
Ces forces sont liées aux multiplicateurs de Lagrange. These forces are related to Lagrange multipliers.
Le second type de force de contrainte est la force ou le couple de contrainte qui existe entre deux corps The second type of stress force is the force or the couple of stress that exists between two bodies
adjacents dans la topologie en "arbre" On doit cepen- adjacent to the "tree" topology We must, however,
dant modifier ces forces et ces couples pour inclure to modify these forces and these couples to include
la contribution du premier type de forces ou de cou- the contribution of the first type of forces or
ples de contrainte Dans le cas d'une force de con- In the case of a force of con-
trainte résultant des équations de contrainte, aucun calcul supplémentaire n'est nécessaire Il ne s'agit que de la manière selon laquelle le multiplicateur de Lagrange, obtenu par les équations ( 88) ou ( 91), est interprété sous la forme de forces d'interaction entre les deux corps dont le mouvement relatif est soumis à des contraintes par l'intermédiaire des équations de contrainte Cette interprétation physique est possible seulement pour des contraintes de configuration et de mouvement, mais n'est pas possible pour une contrainte générale. Pour une contrainte de configuration, on peut interpréter le multiplicateur de Lagrange À de la manière suivante: si b est fixé dans Bi, A est le nombre correspondant à la mesure de la force que Bk exerce sur Bl au point H, dans la direction b Si au stresses resulting from stress equations, no additional computation is necessary It is only the way in which the Lagrange multiplier, obtained by the equations (88) or (91), is interpreted in the form of forces of interaction between the two bodies whose relative motion is subject to constraints via stress equations This physical interpretation is possible only for configuration and motion constraints, but is not possible for a general constraint. For a configuration constraint, we can interpret the Lagrange multiplier A in the following way: if b is fixed in Bi, A is the number corresponding to the measurement of the force that Bk exerts on B1 at the point H, in the direction b If at
contraire b est fixé dans Bk, À est le nombre corres- where b is set in Bk, A is the number corresponding to
pondant à la mesure de la force que Bk exerce sur Bl au point G, dans la direction b Pour une contrainte weighing to the extent of the force that Bk exerts on Bl at the point G, in the direction b For a constraint
de mouvement, le multiplicateur de Lagrange est inter- of movement, the Lagrange multiplier is
prété comme étant le nombre correspondant à la mesure de la force que Bk exerce sur Bl au point G dans la preted as being the number corresponding to the measure of the force that Bk exerts on Bl at point G in the
* direction b, et À est interprété comme étant le nom-* direction b, and À is interpreted as the name
bre correspondant à la mesure de la force que Bl exer- corresponding to the measure of the force that Bl exerts
ce sur Bk au point G dans la direction b. this on Bk at the point G in the direction b.
Les procédures de résolution indiquées pré- The resolution procedures indicated
cédemment pour des forces de contrainte sont valides, à l'exception du fait qu'il est nécessaire de modifier previously for restraint forces are valid, except that it is necessary to modify
F et T avant d'appliquer les équations ( 30) et ( 32). F and T before applying equations (30) and (32).
i i Cette modification a pour but de tenir compte de la contribution du multiplicateur de Lagrange À Comme i The purpose of this amendment is to take into account the contribution of the Lagrange multiplier to Comme
indiqué précédemment, l'évaluation de la force de con- previously indicated, the assessment of the strength of con-
trainte entre B et B n'est pas possible si le systè- between B and B is not possible if the system
me à plusieurs corps qui est analysé contient des con- the multi-body test that is analyzed contains con-
traintes générales Chaque contrainte de configuration doit donc être modifiée de la façon suivante: Si b est fixé dans B: F 4 F + À b ( 92) 1 i Fk Fk b ( 93) T T + ( P H_-P) x (Ab) ( 94) i Tk Tk + Pk x ( Xb) ( 95) Si best fixé dans Bk: F F + A b ( 96) general stresses Each configuration constraint must therefore be modified as follows: If b is fixed in B: F 4 F + A b (92) 1 i Fk Fk b (93) TT + (P H_-P) x (Ab ) (94) i Tk Tk + Pk x (Xb) (95) If best fixed in Bk: FF + A b (96)
i 1.i 1.
Fk Fk b ( 97) Ti T + P? x ( b) ( 98) ik i N) x (-À (i Tk Tk + ( NP G_pk) x (-b) ( 99) k k( 9 Pour chaque contrainte de mouvement, il est nécessaire d'effectuer les modifications suivantes Fi P Fi + X b ( 100) Fk Fk À b ( 101) T A T + P x (À b) ( 102) i Tké T + p H x( -b) ( 103) Fk Fk b (97) Ti T + P? x (b) (98) ik i N) x (-A (i Tk Tk + (NP G_pk) x (-b) (99) kk (9 For each motion constraint, it is necessary to make the following modifications Fi P Fi + X b (100) Fk Fk At b (101) TAT + P x (At b) (102) i Tk T + p H x (-b) (103)
On a présenté jusqu'à ce point trois maniè- Up to this point three
d'imposer des contraintes à un système mécanique à plusieurs corps ayant une topologie en "arbre", pour obtenir un système à plusieurs corps non holonome, to impose constraints on a multi-body mechanical system having a "tree" topology, to obtain a non-holonomic multi-body system,
d'un type simple On peut définir un système à plu- of a simple type A system can be defined
sieurs corps par morceaux, en imposant tour à tour une partie ou un "sousensemble" des contraintes totales body by piece, imposing in turn a part or a "subset" of total constraints
au système ayant la topologie en "arbre", et en éta- to the system having the topology in "tree", and in
blissant ainsi np systèmes non holonomes différents. thus blending different non-holonomic systems.
Du fait que ces systèmes non holonomes sont établis Because these non-holonomic systems are established
par l'application de sous-ensembles différents d'équa- through the application of different subsets of equa-
tions de contrainte au même système à topologie en "arbre", on utilise l'appellation "système à plusieurs corps par morceaux" pour désigner l'ensemble de ces systèmes différents On peut regrouper cet ensemble de systèmes dans un seul programme de simulation, pour l'analyse Si on a déjà déterminé des caractéristiques cinématiques et dynamiques pour le système à plusieurs corps à topologie en "arbre", et si on a construit Ar, In the case of the same "tree" topology system, the term "multi-piece system" is used to denote all of these different systems. This set of systems can be grouped together in a single simulation program for analysis If we have already determined kinematic and dynamic characteristics for the multi-body system with "tree" topology, and if we have built Ar,
B ou D pour chaque contrainte (respectivement de con- B or D for each constraint (respectively
figuration, de mouvement ou générale), il suffit alors de rassembler un sous-ensemble de matrices Ar, B et D conformément auxquelles des contraintes doivent être imposées, et de former les matrices lAerl, Be} et {De}, définies dans les équations ( 41) et ( 42), pour figuration, movement or general), it is then sufficient to gather a subset of matrices Ar, B and D in accordance with which constraints must be imposed, and to form matrices lAerl, Be} and {De}, defined in the equations (41) and (42), for
l'intervalle ou "morceau" de temps non holonome con- the interval or "piece" of non-holonomic time con-
sidéré On peut ensuite appliquer les équations de résolution ( 74) à ( 91) à n'importe quel morceau non holonome. Deux éléments d'information supplémentaires sont nécessaires pour effectuer la simulation d'un système mécanique à plusieurs corps par morceaux Le We can then apply the resolution equations (74) to (91) to any non-holonomic piece. Two additional pieces of information are needed to perform the simulation of a multi-piece mechanical system.
premier élément est la manière selon laquelle le sys- first element is the way in which the system
tème d'analyse peut déterminer le morceau à simuler au moment présent Ceci fait intervenir la détermination du morceau initial à utiliser, et les critères pour passer d'un morceau à un autre Le second élément d'information nécessaire est l'action que le système d'analyse doit accomplir à cette transition, si la configuration ou le mouvement du système juste avant The second piece of information needed is the action the system can take to determine the piece to be simulated at the present moment. This involves the determination of the initial piece to be used, and the criteria for moving from one piece to another. of analysis must accomplish at this transition, whether the configuration or the movement of the system just before
la transition ne satisfait pas les contraintes de con- transition does not meet the constraints of
figuration ou de mouvement après le passage au nouveau figuration or movement after the passage to the new
morceau pour la simulation Dans le système de simula- piece for simulation In the simulation system
tion, ces deux éléments d'information sont fournis par these two pieces of information are provided by
la personne qui modélise le système mécanique. the person who models the mechanical system.
La fonction de contrôle d'énergie est mise en oeuvre de la façon suivante: On définit Gr 1 Qr S, Z, Kz et Ko de la façon suivante: Gr = X lvr Fi + 03 Ii (r=l,,n) ( 104) r 1 = 1 r Vr est donné par les équations ( 6) ou ( 9) Fi est donné par l'équation ( 23), Cr est donné par l'équation ( 3), Ti est donné par l'équation ( 24) 0 si m = O 3 m ( 'y 1Ar* si m O O ( 105) A est donné par l'équation ( 41) sr X est donné par l'équation ( 88) ou ( 91) P i N d i i Nd i S = J lmi V t (Vt) + ( t)l i= 1 The energy control function is implemented in the following way: Gr 1 Qr S, Z, Kz and Ko are defined as follows: Gr = X lvr Fi + 03 Ii (r = l ,, n) ( 104) r 1 = 1 r Vr is given by equations (6) where (9) Fi is given by equation (23), Cr is given by equation (3), Ti is given by the equation ( 24) 0 if m = 0 3 m ('y 1Ar * if m OO (105) A is given by equation (41) sr X is given by equation (88) or (91) P i N dii Nd i S = J lmi V t (Vt) + (t) li = 1
( 106)(106)
m est la masse du corps B. V est donné par les équations ( 8) ou ( 11), Nd i d(Vt) est la dérivée par rapport au temps, dans N, de Vi donné par les équations ( 7) ou m is the mass of the body B. V is given by equations (8) or (11), Nd i d (Vt) is the derivative with respect to time, in N, of Vi given by equations (7) or
( 10),(10),
i W i est donné par l'équation ( 5), Ii est la somme des dyades d'inertie de Bi, donnée par l'équation ( 22), Nd i dt( t) est la dérivée par rapport au temps, i dans N, de Co t, donné par l'équation ( 4), n Z = _ (Gr + Qr) U r + S ( 107) r= 1 K 2 = {U T EMl {ur ( 108) ur est la vitesse généralisée, i W i is given by equation (5), Ii is the sum of the inertia dyads of Bi, given by equation (22), Nd i dt (t) is the derivative with respect to time, i in N, of Co t, given by equation (4), n Z = _ (Gr + Qr) U r + S (107) r = 1 K 2 = {UT EMl {ur (108) ur is the generalized velocity ,
M est la matrice de masse holonome, don- M is the holonomic mass matrix, giving
née par l'équation ( 21), 1 Ai i+,i I i Ko mi Vt-Vt +"Jt-It- tl ( 109) i=l mi est la masse du corps Bi, Vt est donné par les équations ( 7) ou ( 10), Ii est la somme des dyades d'inertie de Bi, born by the equation (21), 1 Ai i +, i I i Ko mi Vt-Vt + "Jt-Ittl (109) i = l mi is the mass of the body Bi, Vt is given by the equations (7 ) or (10), Ii is the sum of the inertia dyads of Bi,
Wt est donné par l'équation ( 14). Wt is given by equation (14).
La fonction de contrôle d'énergie E est définie de la façon suivante: E = Z + K 2 Ko ( 110) Dans l'équation ( 110), Z est l'intégrale de Z qui est donnée par l'équation ( 107) L'intégration de Z doit s'accompagner del'intégration de Or (r=l, r The energy control function E is defined as follows: E = Z + K 2 Ko (110) In equation (110), Z is the integral of Z which is given by equation (107) The integration of Z must be accompanied by the integration of Or (r = l, r
,n-m) et de qr (r=l,,n) Si E ne reste pas cons- , n-m) and qr (r = l ,, n) If E does not remain constant
tant, les résultats de la simulation sont incorrects. so, the results of the simulation are incorrect.
Si E reste constant, ceci ne garantit pas la validité de la simulation, mais on considère qu'il s'agit d'une If E remains constant, this does not guarantee the validity of the simulation, but it is considered to be a
présomption de validité.presumption of validity.
La simulation cinématique indique qu'on n'a pas introduit de coordonnées généralisées qr ou de vitesses généralisées ur dans la définition du système mécanique à plusieurs corps à topologie en "arbre" En d'autres termes, N = zéro Dans ce cas, seul Z dans The kinematic simulation indicates that no generalized coordinates qr or generalized velocities ur have been introduced into the definition of the multi-body mechanical system with "tree" topology. In other words, N = zero In this case, only Z in
l'équation ( 107) sera intégré dans la fonction de con- equation (107) will be integrated in the function of
trôle d'énergie par ordinateur, E Il faut noter que les quantités dans l'équation ( 108) et la sommation n qui est définie par (Gr + Qr) ur dans l'équation r=î ( 107) sont égales à zéro De plus, du fait que V = i computer energy control, E It should be noted that the quantities in equation (108) and the summation n which is defined by (Gr + Qr) ur in the equation r = 1 (107) are equal to zero more, because V = i
Vt, la fonction de contrôle d'énergie E qui est défi- Vt, the energy control function E which is defined
nie par l'équation ( 110) devient: i Nd i i i Nd i E =| Lmi v (Vi) + O I d (d)l dt L= 1 1 i P ii _ 2 lmi Vi v + i À Oil ( 112) L= 1 La simulation cinématique inverse indique que le nombre total de q r qui sont introduits dans le système mécanique à topologie en "arbre", est égal au denoted by equation (110) becomes: i Nd i i i Nd i E = | Lmi v (Vi) + OI d (d) l dt L = 1 1 i P ii _ 2 lmi Vi v + i To Oil (112) L = 1 The inverse kinematic simulation indicates that the total number of qr that are introduced into the topology mechanical system in "tree" is equal to
nombre total de contraintes En d'autres termes, N = m. total number of constraints In other words, N = m.
Le système a donc zéro degré de liberté, c'est-à-dire que p est égal à zéro Dans un tel cas, seuls r (r = 1,,n), qui est fourni par l'équation ( 16) et The system therefore has zero degrees of freedom, that is, p is zero In such a case, only r (r = 1,, n), which is provided by equation (16) and
Z qui est fourni par l'équation ( 107) seront intégrés. Z that is provided by equation (107) will be integrated.
ur et (r = 1,,n) sont obtenus en utilisant res- ur and (r = 1,, n) are obtained using res-
pectivement les équations ( 89) et ( 90), et \ r est obtenu par l'équation ( 91) Les mouvements des corps sont obtenus par les équations ( 1), ( 2), ( 5), ( 8), ( 11), ( 13), et ( 15) à chaque pas temporel, et les quantités Fi et T (i = 1 v,p) seront calculées en utilisant les équations ( 23) et ( 24), et les équations ( 92) à ( 103), pour faciliter l'évaluation des forces equations (89) and (90), and \ r is obtained by the equation (91) The movements of the bodies are obtained by the equations (1), (2), (5), (8), (11) ), (13), and (15) at each time step, and the quantities Fi and T (i = 1 v, p) will be calculated using equations (23) and (24), and equations (92) to (103), to facilitate the assessment of the
de contrainte, comme décrit précédemment. constraint, as previously described.
La simulation dynamique d'un système mécani- Dynamic simulation of a mechanical system
que à plusieurs corps signifie qu'après avoir imposé des contraintes, s'il y en a, le système à plusieurs corps a un nombre de degrés de liberté différent de that to multiple bodies means that after imposing constraints, if any, the multi-body system has a number of degrees of freedom different from
zéro, c'est-à-dire que p = N m est supérieur à zéro. zero, i.e., p = N m is greater than zero.
On peut diviser la simulation dynamique en deux caté- We can divide the dynamic simulation into two categories
gories: ( 1) un système à topologie en "arbre" (m = 0); gories: (1) a tree topology system (m = 0);
et ( 2) un système à plusieurs corps avec des contrain- and (2) a multi-body system with constraints
tes (m différent de zéro).are (m different from zero).
Dans les deux cas, la quantité qr indiquée dans l'équation ( 19) et la quantité Z indiquée dans l'équation ( 107) seront intégrées Les mouvements des corps sont calculés en utilisant les équations ( 1), In both cases, the quantity qr indicated in equation (19) and the quantity Z indicated in equation (107) will be integrated. The movements of bodies are calculated using equations (1),
( 2), ( 5), ( 8), ( 11), ( 13) et ( 18) à chaque pas tempo- (2), (5), (8), (11), (13) and (18) at each time step
rel En plus de ces calculs, on calculera également les quantités suivantes Dans le cas d'un système à In addition to these calculations, the following quantities will also be calculated: In the case of a system with
topologie en "arbre" (m = zéro), on résoudra l'équa- topology in "tree" (m = zero), we will solve the equation
tion ( 20) vis-à-vis de , et on intégrera ûr pour obtenir ur (r = 1,,n) On calcule F et Ti (i = 1, (20) vis-à-vis, and we will integrate to get ur (r = 1,, n) We calculate F and Ti (i = 1,
p) en utilisant les équations ( 23) et ( 24) à cha- p) using equations (23) and (24) with
que pas temporel d'impression, pour faciliter l'éva- than temporary printing, to facilitate the evaluation
luation des forces de contrainte que l'on a examinées précédemment Dans le cas d'un système avec des con- traintes (m n'est pas égal à zéro), la quantité I donnée par l'équation ( 86) est intégrée pour obtenir u I* La quantité u D qui est donnée par l'équation ( 83), la quantité D qui est donnée par l'équation ( 87) et la quantité À qui est donnée par l'équation ( 88), Evaluation of Stress Forces Considered Previously In the case of a system with stresses (m is not equal to zero), the quantity I given by equation (86) is integrated to obtain u I * The quantity u D which is given by the equation (83), the quantity D which is given by the equation (87) and the quantity To which is given by the equation (88),
seront également évaluées à chaque pas temporel d'im- will also be evaluated at each time step of
pression De plus, les quantité Fi et Ti (i = 1, P) seront calculées par l'utilisation des équations ( 23), ( 24) et des équations ( 92) à ( 103), pour faciliter In addition, the quantities Fi and Ti (i = 1, P) will be calculated by using equations (23), (24) and equations (92) to (103), to facilitate
l'évaluation des forces de contrainte que l'on a envi- the assessment of the forces of restraint that we have
sagée précédemment.previously.
Comme on peut le voir sur la figure 2, la As can be seen in Figure 2, the
mise en oeuvre de ce système commence par une opéra- implementation of this system begins with an operation
tion d'entrée d'information qui est effectuée par un modéliseur, que l'on définit comme étant une personne ayant un niveau de compétence relativement élevé dans le domaine des caractéristiques et de l'analyse de information model that is carried out by a modeller, who is defined as a person with a relatively high level of competence in the field of characteristics and analysis of
systèmes mécaniques Les opérations d'entrée d'infor- mechanical systems Information entry operations
mation sont effectuées au moyen d'un clavier ou d'un autre dispositif d'entrée 14, et l'information qui est introduite est appliquée à un préprocesseur 13 La sortie du pré-processeur est connectée à un générateur Mation are performed by means of a keyboard or other input device 14, and the information that is introduced is applied to a preprocessor 13 The output of the preprocessor is connected to a generator
symbolique 15 qui agit à la manière d'un transforma- symbolic 15 which acts as a transformation
teur pour générer une nouvelle information Le généra- to generate new information The general
teur symbolique génère certains fichiers qui apparais- symbolic driver generates some files that appear
sent sous la forme de codes source et de documentation pour la simulation, 16 Le signal de sortie du module 16 de la figure 2 est transmis par des supports tels que des disques, des bandes et des documents imprimés, à un éditeur de texte et compilateur, 17 D'autres informations d'entrée peuvent être introduites par le même clavier 14 ou un autre, et par le modéliseur ou un utilisateur qui est familiarisé avec les systèmes mécaniques spécifiques qui sont analysés, mais qui n'a pas nécessairement le niveau élevé de connaissance des systèmes mécaniques que possède le modéliseur Il faut noter que l'information de sortie, sur un support, que fournit le module de code source de simulation 16, est autonome et portable, et peut être utilisée sur place ou ailleurs par un utilisateur ou un modéliseur, de la manière désirée et commode L'information de sortie de l'éditeur de texte et compilateur 17 est transmise à un module de données de système 18, en compagnie de l'information d'entrée d'utilisateur qui provient du clavier 14 Le module de données de système accepte In the form of source codes and documentation for the simulation, the output signal of the module 16 of FIG. 2 is transmitted by media such as disks, tapes and printed documents to a text editor and compiler. , 17 Other input information can be introduced by the same or another keyboard 14, and by the modeler or a user who is familiar with the specific mechanical systems that are being analyzed, but who does not necessarily have the high level knowledge of the mechanical systems possessed by the modeler It should be noted that the output information, on a medium, that the simulation source code module 16 provides, is autonomous and portable, and can be used on site or elsewhere by a user or a modeller, as desired and convenient The output information of the text editor and compiler 17 is transmitted to a system data module 18, along with the i user input information that comes from the keyboard 14 The system data module accepts
des symboles, des conditions initiales et des paramè- symbols, initial conditions and parameters
tres temporels pour la simulation Des fichiers qui sont générés par le module de système sont fournis en entrée au simulateur 19 Les fichiers sont fournis au very time-sensitive for simulation Files that are generated by the system module are input to the simulator 19 Files are provided to the
code exécutable 20 pour la simulation, de façon à réa- executable code 20 for the simulation, so as to
liser la simulation réelle d'un système mécanique à plusieurs corps Les données de résultat de simulation to visualize the real simulation of a multi-body mechanical system Simulation result data
sont transmises à un post-processeur 21, qui est con- are transmitted to a post-processor 21, which is
necté au clavier d'entrée d'information d'utilisateur keyed to the user information input keyboard
14 et au module de données de système 18 Le post- 14 and the system data module 18 The post-
processeur offre à un utilisateur la possibilité de manipuler des données de résultat de simulation, pour processor gives a user the ability to manipulate simulation result data, for
générer des fichiers contenant des quantités sélec- generate files containing selective quantities
tionnées, dans un format spécifié par l'utilisateur, en 22, des données xy pour une opération de tracé, en 23, et des résultats de simulation animée en 24 Les 22 in a user-specified format, xy data for a plot operation, at 23, and animated simulation results at 24.
fichiers, les tracés et l'animation, portant respecti- files, plots and animation, respectively bearing
vement les références 22, 23 et 24, peuvent être vi- references 22, 23 and 24, may be
sualisés conformément aux exigences de l'utilisateur. in accordance with the requirements of the user.
Par commodité, l'invention a été mise en oeuvre jus- For convenience, the invention has been implemented
qu'à présent en utilisant des informations d'entrée en langage C pour le générateur symbolique 15, et des than now using C-language input information for the symbolic generator 15, and
informations en langage Fortran en sortie de ce géné- information in Fortran language at the end of this gen-
rateur On peut utiliser d'autres langages, bien que le meilleur mode connu à présent soit celui qui est décrit. Other languages may be used, although the best mode known at present is that which is described.
Il est nécessaire de définir plusieurs ter- It is necessary to define several ter-
mes pour faciliter la compréhension de cet exposé Un to facilitate the understanding of this presentation
symbole est défini comme étant une chaîne de caractè- symbol is defined as a string of characters
res contenant au plus 20 caractères, dans ce mode de res containing not more than 20 characters, in this mode of
réalisation, et commençant par un caractère de l'alpha- realization, and starting with a character of the alpha-
bet ou par une valeur numérique Toute chaîne commen- bet or by a numeric value Any string starts
çant par T est une chaîne réservée pour un symbole. T is a reserved string for a symbol.
Une fonction temporelle est une fonction du temps seu- A time function is a function of time only
lement, et le nom d'une fonction temporelle commence the name of a temporal function begins
par les caractères TT, suivis par au plus 15 caractè- by the characters TT, followed by not more than 15 characters
res Une fonction Q est une fonction du temps, des coordonnées généralisées qi et de la position ou de res A function Q is a function of time, generalized coordinates qi and position or
l'orientation de corps Le nom d'une fonction Q com- body orientation The name of a Q function
mence par TQ, suivis par au plus 15 caractères Une fonction de capteur est une fonction du temps, des coordonnées généralisées qi, de la vitesse généralisée ui, de la position ou de l'orientation de corps, de la Mence by TQ, followed by not more than 15 characters A sensor function is a function of time, generalized coordinates qi, generalized velocity ui, position or orientation of body,
vitesse ou des vitesses angulaires de corps, ou d'au- speed or angular velocities of the body, or of
tres quantités de capteurs qui sont définies On uti- very large quantities of sensors which are defined
lise une fonction de capteur pour spécifier des quan- reads a sensor function to specify quantities
tités cinématiques exigées pour la détermination des forces de commande Le nom d'une fonction de capteur commence par les caractères TS, suivis par au plus 15 caractères Une fonction de force est une fonction du temps, des coordonnées généralisées qi et des vitesses généralisées ui On utilise une fonction de force pour calculer des forces ou des couples qui sont appliqués au système à plusieurs corps pendant la simulation Le nom d'une fonction de force commence par TF, suivis par au plus 15 caractères Une fonction définie par l'utilisateur est une fonction quelconque parmi une fonction temporelle, une fonction Q, une fonction de Kinematic Tenses Required for Determining Command Forces The name of a sensor function starts with the characters TS, followed by at most 15 characters. A force function is a function of time, generalized coordinates qi and generalized velocities ui On uses a force function to calculate forces or torques that are applied to the multi-body system during simulation The name of a force function starts with TF, followed by up to 15 characters A user-defined function is a any function among a time function, a function Q, a function of
capteur ou une fonction de force, que l'on peut dési- sensor or a force function, which may be
gner comme étant une fonction définie par l'utilisa- teur si elle n'est pas définie de façon explicite dans le pré-processeur 13 D ou DD sont ajoutés à la fin de la chaîne d'une fonction définie par l'utilisateur, pour désigner les dérivées première ou seconde de la set as a user-defined function if it is not explicitly defined in the preprocessor 13D or DD are added at the end of the chain of a user-defined function, for designate the first or second derivatives of the
fonction par rapport au temps.function with respect to time.
Le système reçoit des données d'entrée en un format symbolique ou numérique, à partir d'un clavier ou terminal 14, ou à partir de fichiers de données qui The system receives input data in a symbolic or digital format, from a keyboard or terminal 14, or from data files that
ont créés précédemment Les données d'entrée se divi- previously created The input data is divided into
sent en quatre catégories: ( 1) des données de défini- four categories: (1) definitional data;
tion de système à plusieurs corps; ( 2) des données de simulation; ( 3) des données de forme de corps; et ( 4) des expressions pour le posttraitement Un système à plusieurs corps comprend des corps, des joints, des contraintes, des organes d'entraînement, des forces, des capteurs et une information par morceau Toute multi-body system; (2) simulation data; (3) body shape data; and (4) Expressions for post-treatment A multi-body system includes bodies, joints, stresses, drives, forces, sensors, and piece information.
cette information n'est pas applicable à chaque systè- this information is not applicable to each system
me mécanique à plusieurs corps La figure 1, décrite précédemment, est un exemple d'un système à plusieurs corps qui est analysé par le système et le procédé d'analyse décrits ici Comme décrit précédemment, un modéliseur peut tout d'abord disjoindre le système à plusieurs corps, pour définir des corps tels que le système ait une topologie en "arbre" Le modéliseur Figure 1, previously described, is an example of a multi-body system that is analyzed by the system and method of analysis described herein. As previously described, a modeler may first sever the system. to multiple bodies, to define bodies such that the system has a topology in "tree" The modeler
introduit ultérieurement la "boucle" ou les contrain- subsequently introduced the "loop" or the constraints
tes de mouvement Lorsque le système est dans la topo- of movement When the system is in the topo-
logie en "arbre" disjointe, il doit être amené dans une configuration de référence (tous les qi égaux à zéro), et les trois vecteurs unitaires orthogonaux fixés au corps, sur chaque corps, doivent être définis In the case of a disjointed "tree", it must be brought into a reference configuration (all qi equal to zero), and the three orthogonal unit vectors fixed to the body, on each body, must be defined.
de façon que dans la configuration de référence, tou- so that in the reference configuration, always
tes les bases coincident les unes avec les autres Au moment de la définition, un corps doit être relié à un autre corps par un joint Le système procure une bibliothèque de joints, comprenant les types de joints suivants: équerre; libre (joint à 6 de liberté); the bases coincide with each other At the moment of definition, a body must be connected to another body by a joint The system provides a library of joints, including the following types of joints: square; free (attached to 6 of freedom);
cylindre; plan; prismatique; révolution; vis; sphéri- cylinder; plan; prismatic; revolution; screw; spherical
que; universel et défini par l'utilisateur Pour défi- than; universal and defined by the user.
nir un corps, un utilisateur doit fournir l'informa- create a body, a user must provide the information
tion suivante: nom du corps; masse; inertie; corps following: body name; mass; inertia; body
situé du côté intérieur (nom du corps ou de la réfé- located on the inside (the name of the body or
rence à plusieurs corps défini précédemment); joint; relation intérieur joint (vecteur de position allant du centre de masse du corps intérieur jusqu'au joint dans des bases du corps intérieur; trois symboles); relation joint-corps (vecteur de position allant du joint au centre de masse du corps dans des bases du corps, trois symboles) Un modéliseur peut introduire la contrainte pour définir une topologie en "boucle", multi-body definition defined previously); seal; internal joint relation (position vector from center of mass of inner body to joint in bases of inner body, three symbols); joint-body relation (vector of position going from the joint to the center of mass of the body in bases of the body, three symbols) A modeller can introduce the constraint to define a topology in "loop",
et pour imposer des contraintes de mouvement au sys- and to impose movement constraints on the system
tème Il y a cinq types de contraintes: position; There are five types of constraints: position;
vitesse; engrenage; came; et défini par l'utilisateur. speed; gear; cam; and defined by the user.
Pour définir une contrainte autre que la contrainte définie par l'utilisateur, ce dernier doit fournir l'information suivante: nom; type; nom du premier To define a constraint other than the user-defined constraint, the user must provide the following information: name; type; first name
corps; nom du second corps et paramètres Comme men- body; name of the second body and parameters as men-
tionné précédemment, le modéliseur doit avoir suffi- previously, the modeler must have sufficed
samment de connaissances pour savoir comment les vi- knowledgeable about how
tesses généralisées holonomes doivent être définies holonomized generalized tesses must be defined
pour le système d'analyse qui est décrit Le modéli- for the analysis system that is described.
seur doit fournir le nom de la contrainte, le type de must provide the name of the constraint, the type of
la contrainte et les fonctions de qt. the constraint and functions of qt.
On utilise un organe d'entraînement pour A drive is used to
décrire l'historique temporel d'une vitesse générali- describe the time history of a general speed
sée qui est associée au joint Un modéliseur doit donc être familiarisé avec la façon selon laquelle des vitesses généralisées sont définies et commandées pour Therefore, a modeler must be familiar with the way in which generalized speeds are defined and controlled for
un joint Un modéliseur fournira l'information suivan- a joint A modeler will provide the following information
te pour un organe d'entraînement: nom; nom du joint; nombre de degrés de liberté; et fonction Le système permet de disposer d'une bibliothèque de types de force Six types de force sont actuellement inclus te for a drive member: name; name of the joint; number of degrees of freedom; and function The system allows to have a library of types of force Six types of force are currently included
dans la bibliothèque Par exemple, une force de com- In the library For example, a compelling force
mande exige le nom du premier corps, le nom du second corps, le vecteur de position allant du centre de masse du premier corps à un point intermédiaire, dans des bases du premier corps, et par conséquent le point requires the name of the first body, the name of the second body, the vector of position from the center of mass of the first body to an intermediate point, in bases of the first body, and therefore the point
d'application dans des bases du second corps (six sym- in the bases of the second corps (six sym-
boles), le vecteur de position allant du centre de masse du second corps à un point intermédiaire dans des bases du second corps, et par conséquent le point d'application dans des bases du premier corps (six boles), the position vector from the center of mass of the second body to an intermediate point in the bases of the second body, and therefore the point of application in bases of the first body (six
symboles), le nom de la fonction de force et la direc- symbols), the name of the force function and the direc-
tion de la force sur le second corps, dans des bases force on the second body, in bases
du premier corps ou du second corps (trois symboles). of the first body or the second body (three symbols).
Pour définir une force, un utilisateur spécifiera le nom de la force, le type de force, et les paramètres To define a force, a user will specify the name of the force, the type of force, and the parameters
tels que ceux indiqués ici pour la force de commande. such as those listed here for the control force.
Le but d'un capteur est de procurer des quantités cinématiques, avec une échelle définie, qui sont nécessaire pour l'évaluation du couple et de la The purpose of a sensor is to provide kinematic quantities, with a defined scale, which are necessary for the evaluation of the torque and the
force de commande Ces quantités comprennent la posi- These quantities include the posi-
tion et la vitesse entre deux points fixés sur deux and the speed between two points fixed on two
corps différents, et l'orientation et la vitesse angu- different bodies, and the orientation and speed
laire entre les deux corps Des paramètres fournis par le modéliseur pour le calcul de ces quantités sont nécessaires pour chaque type de capteur On envisage between the two bodies Parameters provided by the modeler for the calculation of these quantities are necessary for each type of sensor.
un capteur de translation et un capteur de rotation. a translation sensor and a rotation sensor.
Pour spécifier un capteur, un modéliseur doit fournir To specify a sensor, a modeler must provide
le nom du capteur, le type du capteur, le nom du pre- the name of the sensor, the type of the sensor, the name of the
mier corps, le nom du second corps et les paramètres first body, second body name and parameters
du capteur.of the sensor.
Comme on l'a envisagé précédemment, pour spécifier un système par morceaux, un modéliseur doit fournir un nombre total de "morceaux" dans le système. Pour chaque morceau, le système demande au modéliseur de fournir un sous-ensemble de contraintes qui sont As previously discussed, to specify a piecewise system, a modeler must provide a total number of "pieces" in the system. For each piece, the system asks the modeler to provide a subset of constraints that are
définies dans le système à plusieurs corps Les critè- defined in the multi-body system The criteria
res pour la transition entre ces morceaux et ceux con- for the transition between these pieces and those
cernant la façon d'effectuer la transition, seront fournis par le processeur symbolique, pour générer des around how to make the transition, will be provided by the symbolic processor, to generate
expressions pour des variables et des paramètres né- expressions for variables and parameters
cessaires pour les transitions.necessary for transitions.
Les données de simulation comprennent des The simulation data includes
paramètres de résolution numérique, des sous-program- digital resolution settings, sub-programs
mes et des conditions initiales qui sont définis par my and initial conditions that are defined by
l'utilisateur, et des paramètres temporels Des procé- the user, and time parameters
dés de résolution de type numérique sont nécessaires pour résoudre des équations linéaires, des équations numeric resolution dice are needed to solve linear equations, equations
différentielles ordinaires et des équations algébri- ordinary differentials and algebraic equations
ques non linéaires, à partir de contraintes géométri- non-linear models, from geometric constraints
ques Les paramètres nécessaires qu'un modéliseur doit The necessary parameters that a modeler must
spécifier pour des équations différentielles ordinai- specify for ordinary differential equations
res comprennent la taille de pas d'intégration mini- res include the size of the minimum integration step
male, une tolérance, une taille de pas fixée ou une male, a tolerance, a fixed step size or a
taille de pas variable Des paramètres pour des équa- variable pitch size Parameters for equa-
tions algébriques non linéaires comprennent le nombre non-linear algebraic
maximal d'itérations et la tolérance sur ce nombre. maximum of iterations and tolerance on that number.
Dans la définition de données pour un système à plu- In the data definition for a system with several
sieurs corps, un modéliseur peut spécifier les noms des fonctions, au lieu des fonctions explicites, pour décrire des contraintes, des organes d'entraînement, des forces et des capteurs Ces fonctions sont ensuite calculées pendant la simulation, par l'appel d'un In the case of a body, a modeler can specify function names, instead of explicit functions, to describe constraints, drives, forces, and sensors. These functions are then calculated during simulation by calling a
sous-programme défini par le modéliseur Ce sous-pro- subroutine defined by the modeler This sub-pro-
gramme est généré par le générateur symbolique 15, et toutes les fonctions sont fixées à zéro Un modéliseur doit modifier ce sous- programme pour mettre en oeuvre les fonctions Enfin, un utilisateur ou un modéliseur devra spécifier des conditions initiales pour q et u. gram is generated by the symbolic generator 15, and all the functions are set to zero A modeller must modify this subroutine to implement the functions Finally, a user or a modeller will have to specify initial conditions for q and u.
L'utilisateur aura à sa disposition un système de ré- The user will have at his disposal a system of
solution d'équations, pour vérifier que les q initiaux solution of equations, to verify that the initial q
qui ont été spécifiés satisfont les contraintes géomé- that have been specified satisfy the geometric constraints
triques ou de boucle qui sont définies dans les don- which are defined in the data
nées du système à plusieurs corps L'instant initial, l'instant final et la taille de pas d'impression pour multi-body system The initial time, the final time, and the print step size for
la simulation sont également spécifiés par un utilisa- simulation are also specified by a user.
teur Dans le but de pré-visualiser un système à plu- In order to pre-visualize a system with several
sieurs corps avant la simulation, et d'animer le mouvement simulé, après simulation, un utilisateur body before simulation, and animate the simulated movement, after simulation, a user
doit définir une forme géométrique pour chaque corps. must define a geometric shape for each body.
L'utilisateur fournira la forme dans un fichier de données L'origine de chaque corps se trouve au centre de masse, et les bases de référentiels suivent celle qui est utilisée dans la configuration de référence, au moment de la définition du système à plusieurs corps Pour la commodité de l'utilisateur, le système The user will provide the shape in a data file The origin of each body is at the center of mass, and the repository databases follow the one used in the reference configuration, at the time of the definition of the multi-body system For the convenience of the user, the system
procure une bibliothèque de formes géométriques sim- provides a library of simple geometric shapes
ples, comprenant des éléments du type parallélépipède, sphère, cylindre, cône, etc. Pour le post-traitement des résultats de données de simulation, un utilisateur peut effectuer des opérations mathématiques sur les résultats avant ples, comprising elements of the parallelepiped type, sphere, cylinder, cone, etc. For post-processing simulation data results, a user can perform mathematical operations on the results before
leur tracé A titre d'exemple, des instructions appli- As an example, instructions for
quées au post-processeur 21 permettent d'obtenir des valeurs de position, de vitesse, d'accélération, des quantités vectorielles et des quantités relatives aux contraintes, etc. L'information que génère le système qui est décrit comprend des données de définition de système à Post-processor 21 provides position, velocity, acceleration values, vector quantities and stress-related quantities, etc. The information that generates the system that is described includes system definition data to
plusieurs corps On a fourni des explications suffi- Several bodies were provided with sufficient explanations
santes concernant toutes les données Le pré-proces- all the data The pre-trial
seur 13 peut également lire ces données à la demande 13 can also read this data on demand
du modéliseur On présentera une explication supplé- of the modeler An additional explanation will be presented
mentaire concernant la façon selon laquelle sont défi- nies des coordonnées généralisées q et des vitesses généralisées u Il faut noter que si tous les q sont of generalized coordinates q and generalized velocities u It should be noted that if all q are
fixés égaux à zéro, le système à plusieurs corps pré- equal to zero, the multi-body system pre-
sente la configuration de référence qui est utilisée pour définir lesystème Une information d'entrée est également spécifiée au module de données de système 18 Cette information d'entrée contient une liste de symboles dont les valeurs doivent être attribuées, et une liste de noms de fonctions qui sont définies par l'utilisateur De plus, l'information d'entrée qui est the input configuration is also specified to the system data module 18 This input information contains a list of symbols whose values are to be assigned, and a list of function names which are defined by the user Moreover, the input information that is
appliquée au générateur symbolique 15 est définie. applied to the symbolic generator 15 is defined.
Certains sous-programmes qui font partie des program- Certain subprogrammes which form part of the
mes du système sont incorporés dans le but de trouver la position et l'orientation de chaque corps pour un instant donné et un paramètre q donné, pour calculer la somme des carrés des résidus de chaque contrainte géométrique pour un instant donné et un paramètre q mes of the system are incorporated in order to find the position and the orientation of each body for a given moment and a given parameter q, to calculate the sum of the squares of the residues of each geometrical constraint for a given instant and a parameter q
donné, pour calculer le gradient de la somme des car- given, to calculate the gradient of the sum of the car-
rés des résidus de chaque contrainte géométrique, par res residues of each geometric constraint, by
rapport à des paramètres q sélectionnés par l'utilisa- compared to parameters q selected by the user
teur, pour un instant donné et un paramètre q donné, for a given moment and a given parameter q,
et pour calculer des fonctions définies par l'utilisa- and to calculate functions defined by the user
teur, liées à la position et à l'orientation du corps ainsi qu'à des contraintes géométriques Les fichiers de données d'entrée 19 de la figure 2 comprennent des related to the position and orientation of the body as well as geometric constraints The input data files 19 of FIG.
valeurs numériques pour tous les symboles, les para- numerical values for all symbols, para-
mètres de résolution numérique, les conditions initia- meters of digital resolution, the initial conditions
les pour la simulation et les paramètres temporels, une table de correspondance entre des symboles définis for the simulation and the temporal parameters, a table of correspondence between defined symbols
par programme et des symboles spécifiés par l'utilisa- programs and symbols specified by the user.
teur, une topologie du système à plusieurs corps avant a topology of the multi-body system before
l'application de contraintes, et un numéro d'identifi- the application of constraints, and an identification number
cation fourni par l'utilisateur, dans le but d'identi- provided by the user for the purpose of identifying
fier les cas de simulation Les résultats de simula- Proud simulation cases Simulation results
tion qui sont obtenus par le code exécutable pour la which are obtained by the executable code for the
simulation, 20, comprennent des coordonnées générali- simulation, 20, include general coordinates
sées q, des vitesses généralisées u, des dérivées de u par rapport au temps, des multiplicateurs de Lagrange, une position de centre de masse, une vitesse et une accélération de chaque corps, une orientation, une vitesse angulaire et une accélération angulaire de chaque corps, la somme de toutes les forces actives q, generalized velocities u, derivatives of u with respect to time, Lagrange multipliers, a center of mass position, a speed and an acceleration of each body, an orientation, an angular velocity and an angular acceleration of each body, the sum of all active forces
sur chaque corps, comprenant la contribution des mul- on each body, including the contribution of the
tiplicateurs de Lagrange, et des fonctions définies Lagrange tiplicators, and defined functions
par l'utilisateur Les fichiers de données 22 compren- by the user The data files 22 include
nent l'historique temporel de quantités spécifiées par l'utilisateur Un fichier de données pour l'animation the time history of user specified quantities A data file for the animation
est incorporé, en compagnie d'une représentation gra- is incorporated, together with a graphic representation
phique du système à plusieurs corps, pour permettre à of the multi-body system, to enable
* un utilisateur de visualiser le système avant la simu-* a user to view the system before the simulation
lation, et de visualiser la manière selon laquelle la configuration du système change lorsque les valeurs de q sont changées En outre, ceci aide l'utilisateur à sélectionner des valeurs de q, à titre d'hypothèse lation, and to visualize the way in which the system configuration changes when the values of q are changed In addition, this helps the user to select values of q, hypothetically
initiale, pour la résolution des équations de con- initial, for solving the equations of con-
trainte de type géométrique Des moyens graphiques incorporés au postprocesseur 21 sont utilisés pour la visualisation. geometric type trainte Graphic means incorporated in the postprocessor 21 are used for visualization.
Le système lui-même contrôle toutes les don- The system itself controls all data
nées de modéliseur et d'utilisateur qui sont introdui- modelers and users who are introduced
tes dans le système Les symboles qui sont introduits dans le préprocesseur 13 sont contrôlés pour vérifier le respect des conventions Cette vérification porte sur des mots qui sont réservés pour des symboles, sur le double usage de noms pour les éléments du système à plusieurs corps, sur la convention concernant les noms de fonctions, et sur toutes les conventions décrites in the system The symbols that are introduced in the preprocessor 13 are checked to verify the respect of the conventions This check concerns words which are reserved for symbols, on the dual use of names for the elements of the multi-body system, on the convention concerning function names, and all the conventions described
ici pour les éléments du système à plusieurs corps. here for the elements of the multi-body system.
Les nombres qui sont introduits dans le pré-processeur 13 et les valeurs numériques pour des symboles qu'un modéliseur ou un utilisateur introduit dans le module de données de système, sont contrôlés conformément aux règles suivantes: 1 La masse du corps doit être supérieure ou The numbers that are entered in the preprocessor 13 and the numerical values for symbols that a modeller or user enters into the system data module are controlled according to the following rules: 1 The body mass must be greater than or equal to
égale à zéro.equal to zero.
2 Les moments d'inertie du corps doivent 2 Moments of inertia of the body must
être supérieurs ou égaux à zéro. be greater than or equal to zero.
3 La somme de deux moments d'inertie quel- 3 The sum of two moments of inertia
conques d'un corps doit être supérieure ou égale au conch of a body must be greater than or equal to
troisième.third.
4 Des moments d'inertie croisés doivent 4 Moments of inertia crossed must
satisfaire des exigences de possibilités physiques. meet the requirements of physical possibilities.
La norme d'un vecteur de direction doit The standard of a vector of direction must
être égale à un.to be equal to one.
6 Toutes les restrictions concernant des paramètres d'un élément du système à plusieurs corps 6 All restrictions on parameters of an element of the multi-body system
qui sont décrits ici doivent être respectées. that are described here must be respected.
7 Des constantes de rappel de ressorts et 7 Spring recall constants and
des constantes d'amortissement doivent être supérieu- depreciation constants must be higher than
res ou égales à zéro.res or equal to zero.
8 Des contraintes et des organes d'entraî- 8 Constraints and coaching bodies
nement doivent être mutuellement indépendants. must be mutually independent.
9 Des conditions initiales doivent satis- 9 Initial conditions must satisfy
faire une contrainte géométrique, une contrainte de make a geometric constraint, a constraint of
mouvement et une contrainte d'organe de mouvement. motion and a motion organ constraint.
On a défini précédemment des informations We previously defined information
d'entrée, et on a établi précédemment une description of entry, and a description has been established previously
de la manière selon laquelle l'information est trans- how the information is conveyed
formée pendant qu'elle est traitée par le système On formed while it is being processed by the On
va maintenant présenter une description concernant les will now present a description concerning
ordres ou les possibilités dont on dispose dans chaque module de système, pour permettre à un modéliseur ou un utilisateur de définir un système à plusieurs corps et de surveiller l'exécution du logiciel du système, pour atteindre les buts de la simulation Comme décrit orders or opportunities available in each system module, to allow a modeler or user to define a multi-body system and to monitor the execution of system software, to achieve the goals of the simulation As described
précédemment, le système contient cinq modules fonc- previously, the system contains five functional modules
tionnels: le pré-processeur 13; le générateur symbo- the preprocessor 13; the symbol generator
lique 15; le module de données de système 18; des modules de simulation 19 et 20; et le post-processeur 21 Une procédure caractéristique qu'un modéliseur peut utiliser pour mettre en oeuvre les fonctions du système comprend les opérations suivantes 15; the system data module 18; simulation modules 19 and 20; and the post-processor 21 A typical procedure that a modeler can use to implement the functions of the system comprises the following operations
1 Appeler le pré-processeur 13.1 Call the preprocessor 13.
2 Définir des corps et des joints.2 Define bodies and joints.
3 Définir des contraintes.3 Define constraints.
4 Définir des organes d'entraînement. 4 Define drive elements.
Définir le système par morceaux.Define the system in pieces.
6 Définir des capteurs et des forces. 6 Define sensors and forces.
7 Sauvegarder l'information d'entrée, et demander au système de générer des fichiers d'entrée 7 Save input information, and ask the system to generate input files
pour le générateur symbolique 15.for the symbolic generator 15.
8 Faire fonctionner le générateur symboli- 8 Operate the symbol generator
que 15 pour établir des formats symboliques des équa- 15 to establish symbolic formats for
tions de mouvement du système mécanique. movements of the mechanical system.
Le modéliseur ou un utilisateur sélectionne ensuite le processus qui suivra la séquence suivante: 1 Modification de sous-programmes définis The modeler or user then selects the process that will follow the following sequence: 1 Modify defined subroutines
par le modéliseur.by the modeler.
2 Calcul de codes de simulation et de con- 2 Calculation of simulation codes and
traintes de position dans l'éditeur de texte et compi- position in the text editor and compile
lateur 17.17.
3 Appel du module de données de système 18. 3 Calling the System Data Module 18.
4 Définition des formes des corps ou des 4 Definition of body shapes or
éléments du système mécanique.elements of the mechanical system.
5 Introduction des valeurs numériques pour 5 Introduction of numerical values for
les symboles et appel des moyens de contrôle de don- symbols and call means of control of
nées, pour contrôler les valeurs numériques. to control numeric values.
6 Pré-visualisation du système.6 Preview the system.
7 Introduction des valeurs initiales pour q et contrôle de la configuration. 7 Introduction of initial values for q and control of the configuration.
8 Résolution des équations donnant les va- 8 Solving equations giving the values
leurs initiales de q compatibles avec des contraintes géométriques. 9 Introduction de valeurs initiales pour le their initials of q compatible with geometric constraints. 9 Introducing initial values for the
paramètre indépendant u, et contrôle de la singularité. independent parameter u, and control of the singularity.
Introduction de paramètres de résolution Introduction of resolution settings
numérique et de paramètres temporels de simulation. numerical and temporal simulation parameters.
11 Sauvegarde des formes des corps et émis- 11 Safeguarding body shapes and issuing
sion d'une demande adressée au système pour qu'il a request to the system for the
génère un fichier de données d'entrée pour la simula- generates an input data file for simula-
tion dynamique et le post-processeur 21. dynamic and post-processor 21.
12 Exécution des sous-programmes de simula- 12 Execution of simulation subroutines
tion.tion.
13 Appel du post-processeur 21.13 Post-processor call 21.
14 Introduction d'un nom de fichier. 14 Entering a file name.
introduction d'expressions pour des quan- introduction of expressions for quantities
tités intéressantes du système mécanique. interesting parts of the mechanical system.
16 Représentation graphique des quantités intéressantes ( 23) et sauvegarde des données dans le 16 Graphic representation of the quantities of interest (23) and data backup in the
fichier ( 22).file (22).
17 Ajout des points intéressants du système 17 Adding system points of interest
mécanique pour l'animation ( 24).mechanical animation (24).
18 Sélection des corps du système mécanique pour l'animation, et introduction des paramètres 18 Selection of mechanical system bodies for animation, and introduction of parameters
d'animation.animation.
19 Animation des résultats de simulation et/ 19 Animation of simulation results and /
ou génération d'un fichier de données d'animation. or generating an animation data file.
On va maintenant entreprendre une descrip- We will now undertake a description
tion détaillée des divers éléments du système Le pré- detailed description of the various elements of the system.
processeur 13 permet à un modéliseur de définir un système à plusieurs corps et de générer ensuite un code Fortran (dans ce mode de réalisation), pour le processor 13 allows a modeler to define a multi-body system and then generate a FORTRAN code (in this embodiment), for the
contrôle des données dans le module de données de sys- control of data in the system data module.
tème 18, ainsi qu'un fichier de données pour le géné- 18, as well as a data file for the gen-
rateur symbolique 15, sur la base de l'information qui est introduite par le modéliseur Le fichier d'entrée symbolic identifier 15, on the basis of the information that is introduced by the modeler The input file
qui est généré peut également être lu par le pré- which is generated can also be read by the pre-
processeur à un moment ultérieur, pour faire l'objet d'une modification ultérieure La figure 3 représente la structure de commande du préprocesseur, à titre de processor at a later time, for further modification Figure 3 shows the control structure of the preprocessor, as a
représentation générale des possibilités du pré- general representation of the possibilities of
processeur La fonction FICHIER concerne six sous- processor The FILE function is for six subsystems
fonctions La première sous-fonction NOUVEAU rejette functions The first subfunction NEW rejects
le modèle courant qui se trouve dans le pré-proces- the current model found in the pre-trial
seur, s'il y en a un, et elle ouvre un NOUVEAU fichier spécifié par le modéliseur, pour construire un nouveau modèle La sous-fonction INCLUSION annexe au modèle courant, s'il y en a un, le modèle qui provient d'un fichier spécifié par le modéliseur La sous-fonction if there is one, and it opens a NEW file specified by the modeler, to build a new model The INCLUSION subfunction appended to the current model, if there is one, the model that comes from a file specified by the modeler The subfunction
SAUVEGARDE sauvegarde des données de système à plu- SAVE saves system data at several
sieurs corps qui ont été introduites par le modéli- bodies which have been introduced by the model
seur Les sous-fonctions SAUVEGARDE et GENERATION per- The SAVE and GENERATION subfunctions
mettent au modéliseur de manipuler des données de sys- instruct the modeler to manipulate system data
tème à plusieurs corps définies par le modéliseur, multibody system defined by the modeler,
concernant des coordonnées et des vitesses générali- concerning coordinates and general speeds
sées, des symboles qui nécessitent l'attribution de valeurs, et d'autres informations d'entrée pour le générateur symbolique 15 La sous-fonction REPERTOIRE symbols, which require the assignment of values, and other input information for the symbolic generator 15 The DIRECTORY subfunction
visualise tous les fichiers dans le répertoire de tra- view all the files in the working directory.
vail courant du pré-processeur.vail current of the pre-processor.
La fonction EDITION permet la sélection d'un élément du système mécanique, avant l'appel de l'une des cinq sous-fonctions qui sont représentées sur la figure 3 La sous-fonction CREATION permet la création d'un élément sélectionné La sous-fonction MODIFICATION permet d'introduire un changement dans des symboles et The EDITION function allows the selection of an element of the mechanical system, before the call of one of the five sub-functions which are represented on FIG. 3. The CREATION sub-function allows the creation of a selected element. function MODIFICATION allows to introduce a change in symbols and
des valeurs de paramètres d'un élément défini précé- parameter values of a previously defined element
demment La sous-fonction SUPPRESSION permet de sup- The DELETE subfunction allows you to
primer un élément défini précédemment La sous- primer a previously defined element
fonction COPIE permet de transférer l'un des paramè- COPY function is used to transfer one of the parameters
tres d'élément vers un autre La sous-fonction OBSER- elements to another sub-function OBSER-
VATION permet l'examen visuel de tous les articles VATION allows visual examination of all items
définis de l'élément sélectionné. defined from the selected item.
La fonction ASSISTANCE fournit des messages The ASSISTANCE function provides messages
d'assistance associés à une fonction ou une sous- associated with a function or sub-function
fonction sélectionnée.selected function.
La fonction ELEMENT offre un choix compre- The ELEMENT function offers a choice of
nant tous les aspects disponibles pour définir un sys- all the aspects available to define a system
tème mécanique à plusieurs corps Sept de ces aspects sont représentés rattachés à la fonction ELEMENT sur Several of these aspects are represented attached to the ELEMENT function on
la figure 3.Figure 3.
La fonction ASSEMBLAGE permet d'effectuer un The ASSEMBLY function is used to perform a
contrôle de la définition du système mécanique à plu- control of the definition of the mechanical system
sieurs corps, et elle génère les coordonnées générali- body, and it generates the general coordinates
sées q et les vitesses généralisées u La sous-fonc- q and generalized speeds u The sub-function
tion ARBRE DE CONTROLE permet la construction d'un The TREE OF CONTROL enables the construction of a
tableau de topologie en "arbre" pour le modèle défini. topology table in "tree" for the defined model.
La sous-fonction DEFINITION DE Q U permet l'attribu- The subfunction DEFINITION OF Q U allows the assignment
tion de q et u à chaque joint à la suite de modifica- q and u at each joint following changes in
tions des corps et des joints La sous-fonction LISTE DE Q U, permet la visualisation de la définition de q body and joints The sub-function LIST OF Q U, allows the visualization of the definition of q
et u dans le cas o aucune modification n'a été effec- and u in the case where no changes have been made
tuée après la dernière sous-fonction DEFINITION DE Q. U La sous-fonction SYMBOLES EN DOUBLE fournit une liste de tous les symboles qui ont été utilisés plus d'une fois dans la définition du système, et elle fournit une liste des éléments du système mécanique killed after the last subfunction DEFINITION OF Q. U The DOUBLE SYMBOLS subfunction provides a list of all the symbols that have been used more than once in the system definition, and provides a list of the elements of the system. mechanical
dans lesquels ces symboles ont été utilisés La sous- in which these symbols have been used.
fonction PRESENTATION DE SYMBOLES fournit une liste de function PRESENTATION OF SYMBOLS provides a list of
tous les symboles qui ont été utilisés dans la défini- all the symbols that have been used in the definition
tion du système mécanique La sous-fonction RESUME mechanical system The RESUME subfunction
visualise le nombre total d'articles qui ont été défi- visualize the total number of items that have been
nis pour chaque élément du système à plusieurs corps. for each element of the multi-body system.
Si la définition de q et u est à jour, cette sous- If the definition of q and u is up to date, this sub-
fonction visualise ensuite le nombre total de q et les function then displays the total number of q's and
degrés de liberté du système à plusieurs corps. degrees of freedom of the multi-body system.
La fonction VISUALISATION procure un choix pour la visualisation d'arrière-plan du système La sous-fonction ARBRE DES CORPS fournit la topologie en "arbre" du système, comprenant les noms des joints La figure 4 représente un exemple de la topologie en The VISUALIZATION function provides a choice for system background visualization The BODY TREE sub-function provides the system's "tree" topology, including the joint names. Figure 4 shows an example of the topology of the system.
"arbre" Si un nom de joint apparaît dans une défini- "tree" If a joint name appears in a definition
tion d'un corps, mais n'a pas été défini comme étant un élément de type joint, un astérisque sera placé of a body, but has not been defined as a joint-type element, an asterisk will be placed
devant le nom du joint Le symbole N représente tou- before the name of the seal The symbol N represents
jours un référentiel inertiel L'aspect "chaîne" du système est indiqué dans la direction horizontale et days an inertial frame The "chain" aspect of the system is indicated in the horizontal direction and
l'aspect "branche" est indiqué dans la direction ver- the "branch" aspect is indicated in the green direction
ticale de la figure 4.of Figure 4.
Le but du générateur symbolique 15 est de The purpose of the symbolic generator 15 is to
lire le fichier de données qui est généré par le pré- read the data file that is generated by the pre-
processeur 13, et de générer un fichier de liste symboles/fonctions, deux sous-programmes utilisés par le module de données de système 18, et un programme de processor 13, and generate a symbol / function list file, two routines used by the system data module 18, and a program of
simulation en langage FORTRAN.simulation in FORTRAN language.
Le but du module de données de système 18 est de procurer aux modéliseurs et aux utilisateurs The purpose of the System Data Module 18 is to provide modellers and users
des moyens permettant d'introduire des valeurs numéri- means for introducing numerical values
ques de symboles, des conditions initiales et des paramètres temporels pour la simulation Un contrôle pour la détection de valeurs numériques physiquement of symbols, initial conditions and time parameters for simulation A control for the detection of numeric values physically
impossibles sera effectué, comme décrit précédemment. impossible will be performed, as previously described.
Les conditions initiales seront également contrôlées pour vérifier si les contraintes géométriques et de Initial conditions will also be checked to see if the geometric constraints and
mouvement sont satisfaites, et à la demande des modé- movement are satisfied, and at the request of
liseurs ou des utilisateurs, des solutions des équa- readers or users, solutions of the equa-
tions de contrainte seront fournies pour les condi- constraints will be provided for the conditions
tions initiales des coordonnées et des vitesses géné- initial coordinates and general speeds
ralisées qui sont sélectionnées par le modéliseur ou l'utilisateur Une singularité cinématique sera égale- are selected by the modeler or the user. A kinematic singularity will also be
ment détectée, et le système sélectionnera automati- detected, and the system will automatically select
quement des vitesses généralisées indépendantes pour independent generalized speeds for
résoudre le problème Le système permet à un modéli- solve the problem The system allows a model
seur ou un utilisateur de créer des formes de corps et de visualiser graphiquement des corps sélectionnés La user or user to create body shapes and graphically visualize selected bodies
position et l'orientation de chacun de ces corps sé- position and orientation of each of these separate bodies
lectionnés peuvent être changées conformément à des selected can be changed in accordance with
valeurs de coordonnées généralisées qui sont intro- generalized coordinate values that are introduced
duites par le modéliseur ou l'utilisateur Il' est pos- by the modeler or the user It is possible
sible de changer les valeurs de coordonnées générali- sible to change the general coordinate values
sées par le clavier 14 de la figure 2, ou par d'autres keyboard 14 of Figure 2, or by other
moyens, s'ils sont disponibles Tous les calculs con- means, if available. All calculations
cernant la position du corps, l'orientation du corps et des équations de contrainte sont effectués dans ce mode de réalisation en utilisant des codes FORTRAN qui sont générés par le générateur symbolique 15 Les With respect to body position, body orientation and stress equations are performed in this embodiment using FORTRAN codes that are generated by the symbolic generator.
codes FORTRAN doivent donc être modifiés, si des fonc- FORTRAN codes must therefore be modified if
tions cinématiques du temps déterminées doivent être kinematical determinations of time must be
actualisées, et ces codes doivent ensuite être compi- updated, and these codes must then be compiled
lés Le code objet compilé peut ensuite être enchaîné The compiled object code can then be chained
au module de données de système 18 Selon une varian- to the system data module 18 According to a varian-
te, un modéliseur ou un utilisateur peut enchaîner ces te, a modeler or a user can chain these
codes objet en FORTRAN pour construire un code exécu- object codes in FORTRAN to build an executable code
table autonome qui peut ensuite être mis en oeuvre par le module de données de système 18 Ceci exige que le générateur symbolique 15 génère un programme principal stand-alone table which can then be implemented by the system data module 18 This requires the symbolic generator 15 to generate a main program
en FORTRAN, au lieu de simples sous-programmes. in FORTRAN, instead of simple subroutines.
Le module de données de système 18 fonction- The system data module 18 functions
ne de la manière suivante Un FICHIER de fonction con- do the following way A FILE OF function
tient cinq sous-fonctions, comme représenté sur la figure 5 La sousfonction OUVERTURE ouvre un fichier qui est créé par le générateur symbolique 15 et qui holds five sub-functions, as shown in FIG. 5 The OPEN subfunction opens a file which is created by the symbolic generator 15 and which
contient tous les symboles et les fonctions d'utilisa- contains all symbols and user functions
teur que l'on utilise pour définir le système mécani- which is used to define the mechanical system
que à plusieurs corps En outre, le fichier de données de simulation généré précédemment peut être ouvert si cette condition est spécifiée, et le fichier de formes In addition, the previously generated simulation data file can be opened if this condition is specified, and the pattern file
de corps qui a été généré précédemment peut être ou- of body that has been generated previously can be-
vert, si cette condition est spécifiée La sous-fonc- green, if this condition is specified The sub-function
tion SAUVEGARDE DE FORME sauvegarde dans un fichier la SAVE SHAPE saving to a file the
forme de corps définie au moment présent La sous- body shape defined in the present moment
fonction SAUVEGARDE DE DONNEES DE SIMULATION sauvegar- function SAVING SIMULATION DATA saves
de les données de simulation définies au moment pré- of the simulation data defined at the pre-
sent, qui comprennent des valeurs de symboles, des paramètres et des conditions initiales Ce fichier est These include initial symbol values, parameters, and conditions. This file is
utilisé à titre d'information d'entrée pour le pro- used as input information for the pro-
gramme de simulation La sous-fonction REPERTOIRE simulation program The subfunction DIRECTORY
visualise tous les fichiers avec une extension de fi- view all files with a file extension
chier d'entrée/sortie de données de système dans le répertoire courant La sous-fonction SORTIE permet au modéliseur ou à l'utilisateur de sortir du module de données de système, avec une confirmation concernant system data input / output le to the current directory The OUTPUT subfunction allows the modeler or user to exit the system data module, with confirmation
les données qui ne sont pas sauvegardées. data that is not saved.
La fonction SYMBOLE permet au modéliseur ou The SYMBOL function allows the modeler or
à l'utilisateur d'introduire ou de modifier des va- the user to introduce or modify
leurs numériques de tous les symboles listés, d'une manière similaire à l'édition sur écran L'explication de chaque symbole peut être présentée sur l'écran, à their digital of all the symbols listed, in a similar way to the on-screen edition The explanation of each symbol can be presented on the screen, at
la demande de l'utilisateur.the user's request.
La fonction CONTROLE DE SYMBOLE permet de contrôler toutes les valeurs numériques introduites, en appelant le sous-programme de contrôle de données The SYMBOL CONTROL function allows you to control all numerical values entered, by calling the data control subroutine
qui est généré par le pré-processeur 13, comme men- which is generated by the pre-processor 13, as men-
tionné précédemment.previously mentioned.
La fonction OBJET permet la création d'objets The OBJECT function allows the creation of objects
pour définir la forme d'un corps d'un système mécani- to define the shape of a body of a mechanical system
que On utilise la forme d'un corps dans un but de that we use the shape of a body for the purpose of
visualisation, et on peut l'utiliser pour une anima- visualization, and it can be used for
tion ultérieure de résultats de simulation. subsequent simulation results.
La fonction PARAMETRE permet à un modéliseur ou un utilisateur d'introduire ou de modifier des paramètres liés à la précision de solutions numériques The PARAMETER function allows a modeler or user to enter or modify parameters related to the accuracy of numerical solutions
et aux conditions temporelles de simulation. and the timing conditions of simulation.
La fonction CONDITIONS INITIALES permet l'entrée ou la modification de conditions initiales pour q et u, d'une manière similaire à l'édition sur écran. La sous-fonction GEOMETRIE permet le calcul de résidus d'équations de contrainte géométrique, et la modification des valeurs de paramètres q dépendants, The INITIAL CONDITIONS function allows the entry or modification of initial conditions for q and u, in a similar way to on-screen editing. The GEOMETRY subfunction allows the calculation of residuals of geometric constraint equations, and the modification of the dependent parameter values q,
sélectionnés par l'utilisateur, qui satisfont les con- selected by the user, which satisfy the
traintes géométriques, si l'utilisateur le demande. geometric strokes, if the user requests it.
La sous-fonction MOUVEMENT permet le calcul des résidus d'équations de contrainte de mouvement et la modification des valeurs de paramètres u dépendants, The MOTION subfunction allows the calculation of the residues of motion constraint equations and the modification of the values of dependent parameters u,
sélectionnés par l'utilisateur, qui satisfont les con- selected by the user, which satisfy the
traintes de mouvement, à la demande de l'utilisateur. movement strokes, at the request of the user.
La fonction VISUALISATION contient cinq The VISUALIZATION function contains five
sous-fonctions, comme on le voit sur la figure 5. sub-functions, as seen in Figure 5.
La sous-fonction GROUPE permet la sélection The GROUP subfunction allows the selection
des corps à visualiser dans le système mécanique. bodies to be visualized in the mechanical system.
La sous-fonction OBSERVATION permet de chan- The subfunction OBSERVATION allows you to change
ger la direction d'observation du groupe. manage the observation direction of the group.
La sous-fonction DESSIN permet de dessiner sur l'écran le corps sélectionné, conformément aux Sub-function DRAWING draws the selected body on the screen, in accordance with
conditions initiales des paramètres q. initial conditions of the parameters q.
La sous-fonction ZOOM permet à l'utilisateur ou au modéliseur de définir une partie d'une scène qui The ZOOM subfunction allows the user or modeler to define a part of a scene that
doit être agrandie.must be enlarged.
La sous-fonction DEPLACEMENT permet à un The DEPLACEMENT subfunction allows a
modéliseur ou un utilisateur de sélectionner une coor- modeler or a user to select a
donnée généralisée, et de déplacer le système mécani- generalized data, and to move the mechanical system
que conformément à un incrément donné de la valeur du paramètre q sélectionné, à la demande de l'utilisateur, au moyen d'une souris ou du clavier Cette sous-fonc- tion permet en outre à un utilisateur de changer les according to a given increment of the value of the selected parameter q, at the request of the user, by means of a mouse or the keyboard This sub-function also allows a user to change the
conditions initiales pour les remplacer par les va- initial conditions to replace them with the
leurs courantes.their current.
La code de simulation que génère le généra- The simulation code generated by the genera-
teur symbolique 15 et les données de simulation que symbolic driver 15 and the simulation data that
génère le module de données de système 18 sont néces- generates the system data module 18 are required
saires pour la simulation Un modéliseur ou un utili- models for simulation A modeler or a user
sateur doit suivre la procédure suivante pour la simu- The following procedure should be followed for the simu-
lation. 1 Modifier le sous-programme qui est généré par le générateur symbolique 15, concernant les forces lation. 1 Modify the subroutine that is generated by the symbolic generator 15, concerning the forces
et/ou les couples.and / or couples.
2 Compiler et enchaîner le code de simula- 2 Compile and chain the simulation code
* tion pour générer un code exécutable.* tion to generate executable code.
3 Exécuter le code exécutable.3 Run the executable code.
Le post-processeur 21 a pour but de permet- The purpose of the post-processor 21 is to enable
tre à un modéliseur ou un utilisateur de manipuler des to a modeler or a user to manipulate
données de résultat de simulation, de générer des fi- simulation result data, to generate
chiers de données contenant des quantités sélection- data files containing select quantities
nées, dans un format spécifié de l'utilisateur, de représenter graphiquement des données x-y, et d'animer in a user-specified format, to graph x-y data, and to animate
les résultats de simulation Les fonctions du post- simulation results The functions of the post-
processeur sont représentées sur la figure 6 des des- processor are shown in Figure 6 of the drawings.
sins La fonction FICHIER concerne cinq sous-fonctions, comme on le voit dans le dessin La sous-fonction OUVERTURE permet l'ouverture d'un fichier de résultats de simulation La sous-fonction UTILISATION active un sins The FILE function concerns five sub-functions, as can be seen in the drawing. The OPEN subfunction allows the opening of a simulation results file.
fichier ouvert précédemment La sous-fonction FERME- previously opened file The CLOSED subfunction
TURE ferme un fichier ouvert précédemment La sous- TURE closes a previously opened file The sub-file
fonction REPERTOIRE visualise tous les fichiers avec function DIRECTORY visualizes all files with
des extensions liées au post-processeur La sous- extensions related to the post-processor The sub-
fonction SORTIE permet au processus de quitter le post-processeur La sousfonction ASSISTANCE présente EXIT function allows the process to exit the post-processor The ASSISTANCE subfunction presents
des messages d'assistance qui sont associés à des par- messages of assistance that are associated with
ties sélectionnées du processus.selected parts of the process.
La fonction INFORMATION concerne sept sous- The INFORMATION function concerns seven sub-
fonctions La sous-fonction FICHIER permet la visuali- functions The FILE sub-function allows the visualization
sation des noms des fichiers qui ont été ouverts, et names of files that have been opened, and
elle marque le fichier qui est en cours d'utilisation. it marks the file that is in use.
La sous-fonction EN-TETE visualise l'en-tête qui est défini dans le fichier de résultats de simulation The HEADER subfunction displays the header that is defined in the simulation results file
actif La sous-fonction TOPOLOGIE visualise la topolo- active The TOPOLOGY subfunction displays the topology
gie du système mécanique à plusieurs corps, d'une manière identique à celle décrite précédemment pour le pré-processeur 13 La sous-fonction ENTREE visualise of the multi-body mechanical system, in a manner identical to that previously described for the pre-processor 13 The ENTER subfunction displays
la définition du système à plusieurs corps La sous- the definition of the multi-body system
fonction Q ET U visualise la définition des coordon- Q AND U function visualizes the definition of coordinates
nées généralisées et des vitesses généralisées La sous-fonction FONCTIONS D'UTILISATEUR donne la liste generalized speeds and generalized speeds The USER FUNCTIONS subfeat gives the list
de tous les noms des fonctions définies par l'utilisa- of all the names of the functions defined by the user.
teur La sous-fonction SIMULATION présente les valeurs The SIMULATION subfunction displays the values
numériques des symboles et des paramètres de simula- numerical symbols and simulation parameters
tion.tion.
La fonction DONNEES concerne quatre sous- The DATA function concerns four subsets
fonctions La sous-fonction EXPRESSION permet à des functions The EXPRESSION subfunction allows
modéliseurs et des utilisateurs de définir leurs pro- modelers and users to define their
pres variables, vectorielles ou scalaires La sous- variables, vector or scalar The sub-
fonction EXTERNE permet au modéliseur ou à l'utilisa- EXTERNAL function allows the modeler or user to
teur de définir les variables par la lecture de va- to define variables by reading
leurs dans un fichier externe La sous-fonction their in an external file The subfunction
PRESENTATION permet la visualisation de valeurs numé- PRESENTATION allows the visualization of numerical values
riques d'une variable dans une gamme de référentiels qui est définie par le modéliseur ou l'utilisateur La sous-fonction REPERTOIRE permet la visualisation de toutes les variables définies par le modéliseur ou variables of a variable in a range of repositories that is defined by the modeler or the user The subfunction DIRECTORY allows the visualization of all the variables defined by the modeler or
l'utilisateur, et de leurs définitions. the user, and their definitions.
La fonction TRACE concerne sept sous-fonc- The TRACE function concerns seven sub-functions
tions La sous-fonction COURBE permet à l'utilisateur The CURVE sub-function allows the user
de définir des courbes à tracer, par édition à l'écran. to define curves to plot, by editing on the screen.
La sous-fonction FENETRE permet au processeur de sé- lectionner une fenêtre pour couvrir toutes les données et d'étaler cette fenêtre pour qu'elle soit aussi grande que possible L'utilisateur peut également définir une fenêtre et un nombre de divisions en x The sub-function WINDOW allows the processor to select a window to cover all the data and to spread this window to be as large as possible. The user can also define a window and a number of divisions in x
et/ou y La sous-fonction QUADRILLAGE permet à un mo- and / or y The QUADRILLAGE subfunction allows a user to
déliseur ou un utilisateur de faire apparaître et dis- or a user to make appear and
paraître des lignes de quadrillage La sous-fonction to appear grid lines The sub-function
TITRE permet à un modéliseur ou un utiliseur de spéci- TITLE allows a modeler or a user to specify
fier un titre Les sous-fonctions MARQUAGE X et MARQUAGE Y permettent à l'utilisateur de spécifier un marquage La sous-fonction DESSIN dessine les courbes proud of a title The MARKING X and Y MARKING subfunctions allow the user to specify a marking. The DESK subfunction draws the curves
définies sur un écran de visualisation. set on a viewing screen.
La fonction ECRITURE contient deux sous- The WRITE function contains two sub-
fonctions La sous-fonction ASCII permet à des modéli- functions The ASCII subfunction allows model
seurs ou des utilisateurs d'écrire des historiques temporels d'une variable sélectionnée, en un format ASCII spécifié La sous-fonction REDEMARRAGE permet la génération d'un fichier d'entrée pour la simulation, à un instant de redémarrage qui est spécifié par un users or users to write time histories of a selected variable, in a specified ASCII format The RESTART subfunction allows the generation of an input file for simulation, at a restart time that is specified by a
modéliseur ou un utilisateur.modeler or a user.
La fonction ANIMATION qui est représentée sur la figure 6 concerne trois sous-fonctions La sous-fonction SELECTION DE CORPS/MARQUEUR permet à un modéliseur ou un utilisateur de sélectionner des corps The ANIMATION function, which is represented in FIG. 6, concerns three sub-functions. The BODY / MARKER SELECTION sub-function allows a modeler or a user to select bodies.
ou des marqueurs à inclure dans l'animation La sous- or markers to include in the animation The sub-
fonction SELECTION DE REFERENTIEL permet à un modéli- REFERENCE SELECT function allows a model to be
seur ou un utilisateur de sélectionner une gamme de user or user to select a range of
référentiels, ainsi que les référentiels à sauter pen- standards, as well as the benchmarks to jump
dant l'animation La sous-fonction DEMARRAGE D'ANIMA- animation The ANIMATION START sub-function
TION fait démarrer l'animation sur un écran de visua- TION starts the animation on a visual screen
lisation. La validation qu'effectue le système décrit ici permet de déterminer si les calculs du système ont lisation. The validation performed by the system described here makes it possible to determine whether the system calculations have
été effectués avec succès Le système présente certai- have been successfully completed The system is certainly
nes limites de performances, qui sont indiquées ci- après La complexité et la taille du système mécanique à plusieurs corps qui peut être traité dépendent de The following are the performance limits, which are given below. The complexity and size of the multi-body mechanical system that can be dealt with depend on
l'espace de mémoire disponible Dans le mode de réali- available space In the mode of realization
sation préféré qui est décrit ici, et conformément au meilleur mode connu, le système est limité à cinquante the preferred mode which is described here, and in accordance with the best known mode, the system is limited to fifty
corps ou éléments de système mécanique, à cent coor- bodies or elements of mechanical systems, with one hundred
données généralisées (degrés de liberté holonomes), à cent contraintes et organes d'entraînement, à cent fonctions définies par l'utilisateur, et à six-cents generalized data (holonomic degrees of freedom), one hundred constraints and drives, one hundred user-defined functions, and six hundred
symboles Ces normes constituent un objectif de com- These standards constitute a goal of com-
plexité, et elles ne représentent pas nécessairement les contraintes qui sont dues à la taille de mémoire plexity, and they do not necessarily represent the constraints that are due to the memory size
d'un système informatique particulier. of a particular computer system.
Des données d'entrée provenant de modéli- Input data from model
seurs et d'utilisateurs par l'intermédiaire du pré- users and users through the pre-
processeur 13, du module de données de système 18 et processor 13, the system data module 18 and
du post-processeur 21, sont contrôlées en ce qui con- of the post-processor 21, are checked with respect to
cerne des conflits de conventions, des configurations identifies conflicts of conventions,
ou des propriétés physiquement impossibles, et un dé- or physically impossible properties, and a
passement de taille du système mécanique à plusieurs corps qui est défini Le logiciel qui a été développé pour mettre en oeuvre le système d'analyse qui est décrit ici est portable sur n'importe quel système Multi-body mechanical system size transition that is defined The software that was developed to implement the analysis system that is described here is portable on any system
informatique qui fonctionne avec un système d'exploi- computer system that operates with an operating system
tation UNIX, un compilateur C standard, et un program- UNIX, a standard C compiler, and a program
me de gestion/bibliothèque pour PHIGS (ou X-WINDOW). me management / library for PHIGS (or X-WINDOW).
Comme mentionné précédemment, le programme de simula- As mentioned earlier, the simula-
tion qui est généré est portable sur site ou hors site generated is portable on-site or off-site
pour n'importe quel système d'analyse décrit ici dis- for any analysis system described here
posant d'un compilateur FORTRAN-77 de type standard. A titre d'exemple du fonctionnement du sys- posing of a FORTRAN-77 compiler of standard type. As an example of how the system works
tème d'analyse qui est décrit, on va considérer la figure 7 des dessins La figure 7 montre une structure appelée "Bras de Stanford" qui comprend six éléments ou corps désignés par B 1, B 2, B 3, B 4, B 5 et B 6 On peut faire tourner Bl dans un référentiel newtonien N, autour d'un axe vertical N 2 qui est fixé à la fois dans N et B 1, et Bl supporte B 2, qu'on peut faire tourner par rapport à Bl autour d'un axe horizontal qui est fixé à la fois dans Bl et B 2 B 3 est supporté par B 2, et peut accomplir un mouvement de translation par rapport à B 2, tout en supportant B 4, qu'on peut faire tourner par rapport à B 3, autour d'un axe qui est fixé à la fois dans B 3 et B 4 B 5 est monté sur B 4 et B 6 est monté sur B 5 d'une manière telle que chacun 7 shows a structure called "Stanford Arm" which comprises six elements or bodies designated by B 1, B 2, B 3, B 4, B 5. and B 6 Bl can be rotated in a Newtonian reference frame N, around a vertical axis N 2 which is fixed in both N and B 1, and B 1 supports B 2, which can be rotated with respect to B 1 around a horizontal axis which is fixed both in B1 and B 2 B 3 is supported by B 2, and can perform a translational movement with respect to B 2, while supporting B 4, which can be rotated relative to B 3, about an axis which is fixed in both B 3 and B 4 B 5 is mounted on B 4 and B 6 is mounted on B 5 in such a way that each
d'eux puisse tourner par rapport au corps qui le sup- of them can turn relative to the body that
porte, autour d'un axe qui est fixé à la fois dans le door, around an axis that is fixed both in the
corps qui supporte l'autre et dans le corps supporté. body that supports the other and in the body supported.
Pour exécuter le programme FORTRAN pour le Bras de Stanford, un modéliseur a tout d'abord besoin de générer un code exécutable, et ensuite de créer un To run the FORTRAN program for the Stanford Arm, a modeler first needs to generate executable code, and then create a
fichier de données contenant l'information ou les ins- data file containing the information or the in-
tructions suivantes:following instructions:
1 Une description de l'exécution (en une 1 A description of the execution (in one
ligne).line).
2 Les valeurs numériques des paramètres suivants (dimensions du système qui présentent un intérêt): Li, L 2, L 3, L 4, L 5, L 6, MA, 2 The numerical values of the following parameters (system dimensions of interest): Li, L 2, L 3, L 4, L 5, L 6, MA,
IA 1, IA 2, IB 1, IB 2, IB 3, MC,IA 1, IA 2, IB 1, IB 2, IB 3, MC,
IC 1, IC 2, MD, ID 1, ID 2, ME, IE 1, IC 1, IC 2, MD, ID 1, ID 2, ME, IE 1,
IE 2, MF, IF 1, IF 2, IF 3, G, KIE 2, MF, IF 1, IF 2, IF 3, G, K
3 Les valeurs initiales de3 The initial values of
Q 1, Q 2, Q 3, Q 4, Q 5,Q 6Q 1, Q 2, Q 3, Q 4, Q 5, Q 6
4 Les valeurs initiales de Ul, U 2, U 3, U 4, U 5, U 6 Le choix du procédé d'intégration: 4 The initial values of U1, U2, U3, U4, U5, U6 The choice of the integration method:
1: Pas temporel fixe.1: Fixed time step.
2: Pas temporel variable. 6 L'instant initial et l'instant final de 2: Variable time step. 6 The initial moment and the final moment of
la simulation.the simulation.
7 Le pas temporel d'intégration.7 The temporal step of integration.
8 k: les résultats seront imprimés tous 8k: the results will be printed all
les k pas temporels d'intégration.the k temporal integration steps.
Exemple 1 (dans le module de données de système): Example 1 (in the system data module):
1 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 148 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 2115 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 2822 23 24 25 26 27 28
1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1
0 5 O 1 10 5 O 1 1
PARAMETRES DE SYSTEME (codes de simulation/ SYSTEM PARAMETERS (simulation codes /
écho de l'information d'entrée, dans un but de docu- echo of the input information, for the purpose of
mentation):mentation)
L 1 O 100000 D+ 00L 1 O 100000 D + 00
L 2 O 100000 D+ 00L 2 O 100000 D + 00
L 3 0 700000 D+ 00L 3 0 700000 D + 00
L 4 -0 100000 D+ 00L 4 -0 100000 D + 00
L 5 O OOOOOOD-01L 5 O OOOOOOD-01
L 6 0 140000 D+ 00L 6 0 140000 D + 00
MA O 900000 D+ 01MA O 900000 D + 01
IA 1 O 100000 D-01IA 1 O 100000 D-01
IA 2 0 200000 D-01IA 2 0 200000 D-01
MB 0 600000 D+ 01MB 0 600000 D + 01
IB 1 0 600000 D-01IB 1 0 600000 D-01
IB 2 O 100000 D-01IB 2 O 100000 D-01
IB 3 0 500000 D-01IB 3 0 500000 D-01
MC 0 500000 D+ 01MC 0 500000 D + 01
I Ci 0 400000 D+ 00I Ci 0 400000 D + 00
IC 2 0 100000 D-01IC 2 0 100000 D-01
MD 0 100000 D+ 01MD 0 100000 D + 01
ID 1 0 500000 D-03ID 1 0 500000 D-03
ID 2 0 100000 D-02ID 2 0 100000 D-02
ME 0 600000 D+ 00ME 0 600000 D + 00
I El 0 500000 D-03I El 0 500000 D-03
IE 2 0 200000 D-03IE 2 0 200000 D-03
MF O 500000 D+ 00MF O 500000 D + 00
IF 1 0 100000 D-02IF 1 0 100000 D-02
IF 2 O 200000 D-02IF 2 O 200000 D-02
IF 3 0 300000 D-02IF 3 0 300000 D-02
G O 981000 D+ 01G O 981000 D + 01
K O 000000 D+ 00K O 000000 D + 00
CONDITION INITIALE:INITIAL CONDITION:
Q 1 = 0.Q 1 = 0.
Q 2 = 0.Q 2 = 0.
Q 3 = 0.Q 3 = 0.
Q 4 = 0.Q 4 = 0.
Q 5 = 0.Q 5 = 0.
Q 6 = 0.Q 6 = 0.
U 1 = 0.U 1 = 0.
U 2 = 0.U 2 = 0.
U 3 = 0.U 3 = 0.
U 4 = 0.U 4 = 0.
U 5 = 0.U 5 = 0.
U 6 = 0.U 6 = 0.
INTEGRATION AVEC PAS TEMPOREL VARIABLE (écho d'instructions): INTEGRATION WITH NOT TEMPOREL VARIABLE (echo of instructions):
INSTANT INITIAL = 0.INITIAL INSTANT = 0.
INSTANT FINAL = 5,00000FINAL INSTANT = 5.00
PAS TEMPOREL D'INTEGRATION = 0 100000 SECONDE NOT TIME OF INTEGRATION = 0 100000 SECOND
RESULTAT IMPRIME TOUS LES K PAS; k = 1 RESULT PRINT ALL K NOT; k = 1
(TOUS LES 0 1 SECONDE ICI)(ALL 0 1 SECOND HERE)
SELECTIONS DE SORTIE:OUTPUT SELECTIONS:
DESCRIPTION DU SYSTEMEDESCRIPTION OF THE SYSTEM
POSITION DU CENTRE DE MASSE EN COORDONNEES POSITION OF THE MASS CENTER IN COORDINATES
GLOBALESGLOBAL
ORIENTATION DE CHAQUE CORPS EN COORDONNEES ORIENTATION OF EACH BODY IN COORDINATES
GLOBALESGLOBAL
VITESSE DU CENTRE DE MASSE EN COORDONNEES SPEED OF THE CENTER OF MASS IN COORDINATES
GLOBALESGLOBAL
VITESSE ANGULAIRE DE CHAQUE CORPS EN COOR- ANGULAR SPEED OF EACH BODY IN COOR-
DONNEES LOCALESLOCAL DATA
ACCELERATION EN COORDONNEES GLOBALES ACCELERATION IN GLOBAL COORDINATES
ACCELERATION ANGULAIRE EN COORDONNEES LOCALES ANGULAR ACCELERATION IN LOCAL COORDINATES
CONTROLE DE SIMULATIONSIMULATION CONTROL
FORCE ACTIVE EN COORDONNEES GLOBALES ET ACTIVE FORCE IN GLOBAL COORDINATES AND
COUPLE EN COORDONNEES LOCALESCOUPLE IN LOCAL COORDINATES
HISTORIQUE TEMPOREL DE QTIME HISTORY OF Q
HISTORIQUE TEMPOREL DE UTEMPORAL HISTORY OF U
HISTORIQUE TEMPOREL DE UDTEMPORAL HISTORY OF UD
FICHIER D'ANIMATION, INFORMATION TOPOLOGIQUE ANIMATION FILE, TOPOLOGICAL INFORMATION
FICHIER D'ENTREE D'UTILISATEUR NUMERIQUE DIGITAL USER ENTRY FILE
D'ORIGINEORIGINAL
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé It goes without saying that many modifications can be made to the device and the process
décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'in- described and represented, without departing from the
vention.vention.
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