ОБЗОРЫ
МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
КВАНТОВАЯ ИНФОРМАТИКА
АНАЛИЗ ДАННЫХ
МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ
МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Е.В. Страшнов, М.А. Торгашев, П.Ю. Тимохин "Моделирование пружин в системах виртуального окружения с помощью метода мягких ограничений"
ОПТИМИЗАЦИЯ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ
Е.В. Страшнов, М.А. Торгашев, П.Ю. Тимохин "Моделирование пружин в системах виртуального окружения с помощью метода мягких ограничений"

Аннотация.

В работе рассматривается задача моделирования динамики систем тел, соединенных пружинами поступательного и вращательного типа. Предлагается подход, в рамках которого силовая модель пружины произвольного типа описывается в виде мягкого ограничения относительно скоростей тел и импульса. Данное ограничение формулируется на основе неявной схемы Эйлера для численного интегрирования дифференциальных уравнений движения тел. Моделирование динамики системы тел осуществляется в реальном времени с помощью метода последовательных импульсов, позволяющего моделировать пружины c любыми значениями их параметров. Апробация предложенных алгоритмов и методов была проведена в подсистеме динамики имитационно-тренажерного комплекса, разработанного в ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, и показала их применимость в системах виртуального окружения.

Ключевые слова:

система тел, жесткие системы дифференциальных уравнений, метод последовательных импульсов, мягкие ограничения, реальное время, имитационно-тренажерный комплекс.

Стр. 70-78.

Литература

1. Shabana Ahmed A. Computational Dynamics, Third edition, John Wiley & Sons Inc., 2010.
2. Featherstone Roy. Rigid Body Dynamics Algorithms. Springer-Verlag New Jork, Inc., Secaucus, NJ, USA, 2007.
3. Bender J., Erleben K., Trinkle J., Coumans E. Interactive Simulation of Rigid Body Dynamics in Computer Graphics // In EG 2012 – State of the Art Reports (Cagliary, Sardinia, Italy, 2012). – 2012. – pp. 95-134.
4. Михайлюк М.В., Страшнов Е.В. Моделирование системы связанных тел методом последовательных импульсов // Труды НИИСИ РАН. – 2014. – Т. 4 № 2. – С. 52-60.
5. Михайлюк М.В., Страшнов Е.В. Моделирование динамики системы связанных тел с учетом трения в шарнирах. // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. – 2016. – № 1. – С. 108-124.
6. Страшнов Е.В., Торгашев М.А. Моделирование динамики электроприводов виртуальных роботов в имитационно-тренажерных комплексах // Издательство “Новые технологии”, Мехатроника, автоматизация, управление. – 2016. – Т. 17 № 11. – С. 762-768.
7. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. – М.: Наука, 1989. – 432 с.
8. Anitescu A., Potra F.A. A time-stepping method for stiff multibody dynamics with contact and friction // International Journal for Numerical Methods in Engineering. – 2002. – pp. 753-784.
9. Catto E. Iterative Dynamics with Temporal Coherence // In Game Developer Conference. – 2005. – pp. 1-24.
10. Smith R. How to make new joints in ODE. 24.02.02.
URL: http://www.ode.org/joints.pdf (дата обращения 31.01.2017).
11. Михайлюк М.В., Страшнов Е.В. Ограничения на параметры относительного движения для основных видов шарниров // Труды НИИСИ РАН. – 2015. Т. 5 № 1. – С. 130-133.


E.V. Strashnov, M.A. Torgashev, P.Yu. Timokhin

"Simulation of springs with soft constraints method in virtual environment systems"

Abstract. This paper considers a problem of multibody dynamics systems simulation, linked with springs of translational and rotational types. We propose approach in which an arbitrary type spring force model is described in the form of soft constraint relative to body velocities and impulse. This constraint is based on implicit Euler scheme for numerical integration of differential equations of bodies’ motion. Multibody dynamics systems simulation is implemented in real-time using sequential impulses method which allows simulating springs with any values of their parameters. Approbation of proposed algorithms and methods was carried out in training complex dynamic subsystem, developed in SRISA RAS and showed their applicability in virtual environment systems.

Keywords: multibody system, stiff systems of differential equations, sequential impulses method, soft constraints, real time, training complex. 

REFERENCES

1. Shabana Ahmed A. Computational Dynamics, Third edition, John Wiley & Sons Inc., 2010.
2. Featherstone Roy. Rigid Body Dynamics Algorithms. Springer-Verlag New Jork, Inc., Secaucus, NJ, USA, 2007.
3. Bender J., Erleben K., Trinkle J., Coumans E. Interactive Simulation of Rigid Body Dynamics in Computer Graphics // In EG 2012 – State of the Art Reports (Cagliary, Sardinia, Italy, 2012). – 2012. – pp. 95-134.
4. Mihajljuk M.V., Strashnov E.V. Simulation of Articulated Multibody System Using Sequential Impulses Method// SRISA RAS Proceedings. 2014; 4(2): 52-60.
5. Mihajljuk M.V., Strashnov E.V. Simulating Dynamics of the System of Articulated Rigid Bodies with Joint Friction//Science and Education: Scientific Publication of BMSTU. 2016; (1): 108-124. doi:10.7463/0116.0830582.
6. Strashnov E.V., Torgashev M.A. Simulation of the Actuator Dynamics of the Virtual Robots in the Training Complexes//Publishing “New Technologies”, Mechatronics, Automation, Control. 2016; 17(11): 762-768. doi:10.17587/mau.17.762-768.
7. Samarskij A.A., Gulin A.V. Numerical Methods. Moscow: Science Publs. 432 p.
8. Anitescu A., Potra F.A. A time-stepping method for stiff multibody dynamics with contact and friction // International Journal for Numerical Methods in Engineering. – 2002. – pp. 753-784.
9. Catto E. Iterative Dynamics with Temporal Coherence // In Game Developer Conference. – 2005. – pp. 1-24.
10. Smith R. How to make new joints in ODE. 24.02.02. Available at: http://www.ode.org/joints.pdf (accessed January 31, 2017).
11. Mihajljuk M.V., Strashnov E.V. Restrictions on the Parameters of Relative Motion for Main Types of Joints//SRISA RAS Proceedings. 2015; 5(1): 130-133. 

 

2017 / 03
2017 / 02
2017 / 01
2016 / 04

© ФИЦ ИУ РАН 2008-2016. Создание сайта "РосИнтернет технологии".