在MATLAB環(huán)境下開(kāi)發(fā)平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、在matlab環(huán)境下開(kāi)發(fā)平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)摘 要 建立了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型 ,以matlab程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為平臺(tái) ,將參數(shù)化設(shè)計(jì)與交互式相結(jié)合 ,設(shè)計(jì)了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分析軟件 ,該軟件具有方便用戶(hù)的良好界面 ,并給出界面設(shè)計(jì)程序 ,從而使機(jī)構(gòu)分析更加方便、快捷、直觀(guān)和形象.設(shè)計(jì)者只需輸入?yún)?shù)就可得到分析結(jié)果 ,再將運(yùn)行結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相比較 ,對(duì)怎樣修改設(shè)計(jì)做出決策.它為四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種實(shí)用的軟件與方法.關(guān)鍵詞：平面四桿機(jī)構(gòu)，matlab軟件，運(yùn)動(dòng)分析，分析the development of system for analysis of motion in plane fo

2、ur bar mechanism based on matlab softwareabstracta mathematical model of motion analysis was established in plane four - linkage , and analytical software was developed. the software adopted matlab as a design language. it combined parametric design with interactive design and had good interface for

3、 user. thus, it was faster and more convenient to analyse linkage. the analytical result was obtained as soon as input parameters was imported and the devisers can make decision - making of modification by the comparing analytical result with design demand. it provides an applied software and method

4、 for linkage.key words: plane four bar mechanism, matlab, analysis of motion, analyze目 錄1 緒論12 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析32.1 平面四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析32.2 機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型的建立32.2.1 建立機(jī)構(gòu)的閉環(huán)矢量位置方程32.2.2 求解方法53 基于matlab程序設(shè)計(jì)63.1 程序流程63.2 m文件編寫(xiě)83.3 程序運(yùn)行結(jié)果輸出104 基于matlab圖形界面設(shè)計(jì)144.1 界面設(shè)計(jì)144.2 代碼設(shè)計(jì)155 結(jié)論21致謝21參考文獻(xiàn)221 緒論連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，它不僅在眾多工農(nóng)業(yè)機(jī)械和

5、工程機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用1。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是由轉(zhuǎn)動(dòng)副將各構(gòu)件的頭尾聯(lián)接起的封閉四桿系統(tǒng)，并使其中一個(gè)構(gòu)件固定而組成。被固定件稱(chēng)為機(jī)架，與機(jī)架直接鉸接的兩個(gè)構(gòu)件和稱(chēng)為連架桿，不直接與機(jī)架鉸接的構(gòu)件稱(chēng)為連桿。連架桿如果能作整圈運(yùn)動(dòng)就稱(chēng)為曲柄，否則就稱(chēng)為搖桿,連桿機(jī)構(gòu)的最基本形式是平面四桿機(jī)構(gòu)，它是其它連桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。所以，對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究可以概括連桿機(jī)構(gòu)內(nèi)在的基本原理，從而用以連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合是按照給定的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的過(guò)程，包括型綜合和尺度綜合兩大主要內(nèi)容，主要綜合方法有解析法、作圖法和實(shí)驗(yàn)法。作圖法和實(shí)驗(yàn)法 工作量大，設(shè)計(jì)精度低，僅適用于對(duì)機(jī)構(gòu)精度要求不高的場(chǎng)合

6、。近幾十年來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和精度要求越來(lái)越高，作圖法和實(shí)驗(yàn)法已不能滿(mǎn)足要求，而基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（例如matlab軟件）的解析法得到了廣泛的應(yīng)用。 此課題的主要內(nèi)容是系統(tǒng)地對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線(xiàn)進(jìn)行研究，從而來(lái)獲得連桿機(jī)構(gòu)基本的原理和綜合方法，以便在實(shí)際中得到應(yīng)用；主要特色是在各個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)度中將會(huì)大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言matlab2編程來(lái)輔助設(shè)計(jì)和仿真平面四桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是機(jī)構(gòu)學(xué)中典型的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析之一 ,如果設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)時(shí)能及時(shí)圖示其運(yùn)動(dòng)軌跡和速度分析 ,從而將圖示結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相比較 ,可以及時(shí)修改設(shè)計(jì)中的偏差.目前 ,maltab已經(jīng)不

7、再是“矩陣實(shí)驗(yàn)室” ,而成為國(guó)際上最流行的科學(xué)與工程計(jì)算的軟件工具 ,以及一種具有廣泛應(yīng)用前景的全新的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語(yǔ)言 ,它在國(guó)內(nèi)外高校和科研部門(mén)正扮演著越來(lái)越重要的角色 ,功能也越來(lái)越大 ,不斷適應(yīng)新的要求提出新的解決辦法.可以預(yù)見(jiàn) ,在科學(xué)運(yùn)算與科學(xué)繪圖領(lǐng)域 ,matlab語(yǔ)言將長(zhǎng)期保持其獨(dú)一無(wú)二的地位.然而 ,國(guó)內(nèi)至今尚未見(jiàn)到采用 matlab 開(kāi)發(fā)的有關(guān)機(jī)構(gòu)學(xué)的軟件 ,以 matlab 的科學(xué)運(yùn)算與繪圖的強(qiáng)大功能開(kāi)發(fā)了鉸鏈機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真軟件.機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少的工作 ,通?？墒褂脠D解法和解析法來(lái)進(jìn)行 ,圖解法因其作圖、計(jì)算工作量大、精度差的缺點(diǎn) ,在實(shí)際工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中有

8、很大的局限性。解析法的計(jì)算工作量很大 ,但隨著計(jì)算機(jī)在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用 , 優(yōu)化方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用已成為研究連桿機(jī)構(gòu)的重要方法，一些軟件平臺(tái)為解決復(fù)雜的工程計(jì)算提供了強(qiáng)有力的武器。，并已相應(yīng)地編制出大量的、適用范圍廣、計(jì)算機(jī)時(shí)少、使用方便的通用軟件。matlab 是 mathworks 公司于 1982 年推出的一套功能強(qiáng)大的工程計(jì)算軟件, 廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、 機(jī)械設(shè)計(jì)、 流體力學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等工程領(lǐng)域, 被譽(yù)為巨人肩上的工具。它集數(shù)值分析、 矩陣運(yùn)算、 信號(hào)處理和圖形顯示于一體, 構(gòu)成了一個(gè)方便的、 界面友好的用戶(hù)環(huán)境。所謂圖形用戶(hù)界面3, 簡(jiǎn)稱(chēng)為gui(graphic use

9、r interface) , 是指包含了各種圖形控制對(duì)象, 如圖形窗口、菜單、對(duì)話(huà)框以及文本等內(nèi)容的用戶(hù)界面。利用這些用戶(hù)界面, 用戶(hù)可以和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交流。用戶(hù)可以通過(guò)某種方式來(lái)選擇或者激活這些圖形對(duì)象, 來(lái)運(yùn)行一些特性的m 文件。最常見(jiàn)的激活方式是利用鼠標(biāo)或者其它設(shè)備來(lái)點(diǎn)擊這些對(duì)象。對(duì)于一個(gè)用戶(hù)來(lái)說(shuō), 圖形用戶(hù)界面就是他所面對(duì)的應(yīng)用程序, 對(duì)圖形界面的操作直接影響應(yīng)用程序的應(yīng)用前途。對(duì)于以往專(zhuān)門(mén)用于科學(xué)計(jì)算的語(yǔ)言, 如fortran 語(yǔ)言等, 編寫(xiě)圖形界面的功能較弱, 因而用其開(kāi)發(fā)的程序, 其界面往往不夠友好, 用戶(hù)使用起來(lái)很不方便。而目前流行的可視化語(yǔ)言, 對(duì)科學(xué)計(jì)算的功能又相對(duì)弱

10、一些。matlab提供了非常強(qiáng)大的編寫(xiě)圖形用戶(hù)界面的功能。用戶(hù)只和前臺(tái)界面下的控件發(fā)生交互，而所有運(yùn)算、繪圖等內(nèi)部操作都封裝在內(nèi)部，終端用戶(hù)不需要區(qū)追究這些復(fù)雜過(guò)程的代碼。圖形用戶(hù)界面大大提高用戶(hù)使用matlab程序的易用性。因此，學(xué)習(xí)matlab圖形用戶(hù)界面編程，即gui程序的創(chuàng)建，是matlab編程用戶(hù)應(yīng)該掌握的重要一環(huán)。對(duì)于一個(gè)matlab 的圖形用戶(hù)界面, 它的設(shè)計(jì)過(guò)程可以分為兩個(gè)部分:(1)用戶(hù)界面的外觀(guān)設(shè)計(jì)。在這里, 主要是通過(guò)不同的對(duì)話(huà)框、按鈕、文本框等許多工具的使用, 設(shè)計(jì)出一個(gè)圖形用戶(hù)界面。同時(shí)也應(yīng)搞清楚這個(gè)圖形界面的功能是什么, 也即在圖形界面上的操作會(huì)引發(fā)什么樣的結(jié)果。(

11、2)圖形界面的完成。在這里, 用戶(hù)將根據(jù)在外觀(guān)設(shè)計(jì)階段所確定的圖形界面的功能, 針對(duì)各個(gè)不同的圖形對(duì)象來(lái)編寫(xiě)出能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的函數(shù)代碼, 確保這個(gè)圖形界面能夠完成所預(yù)定的功能。工程人員通過(guò)使用 matlab提供的工具箱, 可以高效求解復(fù)雜的工程問(wèn)題, 并可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真, 用強(qiáng)大的圖形功能對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示。筆者在matlab環(huán)境下開(kāi)發(fā)了一個(gè)平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng) ,只要在系統(tǒng)圖形界面的文本編輯框中交互地輸入四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的參數(shù)和原動(dòng)件的角速度 ,就能迅速地輸出當(dāng)原動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)1周時(shí)從動(dòng)件的位移、速度、加速度的變化規(guī)律曲線(xiàn) ,具有融計(jì)算與繪圖為一體 ,操作簡(jiǎn)便、界面友好 ,計(jì)算速度快

12、,準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。本文以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為分析對(duì)象，借助matlab軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是平面四連桿機(jī)構(gòu)中最基本的結(jié)構(gòu)，它可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)之間運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換或傳遞動(dòng)力。對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析的主要內(nèi)容是：在機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)已知的情況下，假定曲柄做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從運(yùn)動(dòng)幾何關(guān)系上分析連桿和搖桿的角位移、角速度、角加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化情況。并根據(jù)機(jī)構(gòu)閉環(huán)矢量方程計(jì)算從動(dòng)件的位移偏差。本課題的主要內(nèi)容是平面四桿機(jī)構(gòu)的連桿曲線(xiàn)及軌跡綜合分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，其意義在于：一、深入研究計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)和仿真連桿機(jī)構(gòu)曲線(xiàn)方面的應(yīng)用，從而指導(dǎo)實(shí)踐；二、總結(jié)出四桿機(jī)構(gòu)軌跡綜合的理論基礎(chǔ)，從而指導(dǎo)多桿或復(fù)雜的低副平

13、面機(jī)構(gòu)的綜合。 三、綜合運(yùn)用matlab軟件強(qiáng)大的計(jì)算功能與圖形界面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出可以方便快捷實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)分析的應(yīng)用系統(tǒng)2 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析2.1 平面四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析4 在平面四桿機(jī)構(gòu)中，其具有曲柄的條件為：a.各桿的長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件，即：最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度其余兩桿長(zhǎng)度之和。 b.組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿，且其最短桿為連架桿或機(jī)架（當(dāng)最短桿為連架桿時(shí)，四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿為機(jī)架時(shí)，則為雙曲柄機(jī)構(gòu)）。在如下圖1所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件ab為曲柄，則b點(diǎn)應(yīng)能通過(guò)曲柄與連桿兩次共線(xiàn)的位置。2.2 機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型的建立62.2.1 建立機(jī)構(gòu)的閉環(huán)矢量位置方程圖

14、1 四桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖8在用矢量法建立機(jī)構(gòu)的位置方程時(shí)，需將構(gòu)件用矢量來(lái)表示，并作出機(jī)構(gòu)的封閉矢量多邊形。如圖1所示，先建立一直角坐標(biāo)系。設(shè)各構(gòu)件的長(zhǎng)度分別為、，其方位角為、。以各桿矢量組成一個(gè)封閉矢 量多邊形，即abcda。其個(gè)矢量之和必等于零。即： 式1式1 為圖1所示四桿機(jī)構(gòu)的封閉矢量位置方程式。對(duì)于一個(gè)特定的四桿機(jī)構(gòu)，其各構(gòu)件的長(zhǎng)度和原動(dòng)件2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即為已知，而=0，故由此矢量方程可求得未知方位角、。角位移方程的分量形式為： 式2閉環(huán)矢量方程分量形式對(duì)時(shí)間求解一階導(dǎo)數(shù),就能夠得到角速度方程，如下所示： 式3其矩陣形式為： 式4聯(lián)立式3兩公式可求得： 式5 式6閉環(huán)矢量方程分量形式對(duì)時(shí)間求

15、解二階導(dǎo)數(shù)，得到角加速度方程矩陣形式11為： 式7由式7可求得加速度： 式8 式9注：式1-式9中，（i=1,2,3,4）分別表示機(jī)架1、曲柄2、連桿3、搖桿4的長(zhǎng)度；（i=1,2,3,4）是各桿與x軸的正向夾角，逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)，單位為; 是各桿的角速度，單位為; 為各桿的角加速度，單位為。2.2.2 求解方法應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對(duì)以上各式進(jìn)行求解，方法如下：（1）求導(dǎo)中應(yīng)用了下列公式： 式10（2）在角位移方程分量形式（式2）中，由于假定機(jī)架為參考系，矢量1與x軸重合，=0，則有非線(xiàn)性方程組： 式11可以借助matlab自帶的fsolve函數(shù)求出連桿3的角位移和搖桿4的角位移。（3）求解具有

16、n個(gè)未知量（i=1,2,n）的線(xiàn)性方程組： 式12上式可以表示為系列矩陣，是一個(gè)階方陣，可表示如下，并運(yùn)用逆矩陣知識(shí)： 式13的逆矩陣為;常數(shù)項(xiàng)b是一個(gè)n維矢量： 式14因此，線(xiàn)性方程組解的矢量為： 式15式11是求解連桿3和搖桿4角速度和角加速度的依據(jù)。以上各式既為求解平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。3 基于matlab程序設(shè)計(jì)12 程序設(shè)計(jì)是編程者實(shí)現(xiàn)算法，用編程語(yǔ)言表達(dá)數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，或者說(shuō)是現(xiàn)實(shí)問(wèn)題求解的思維活動(dòng)代碼化的過(guò)程。也就是解決如何組織matlab的結(jié)構(gòu). 根據(jù)以上數(shù)學(xué)模型，選擇優(yōu)化算法，創(chuàng)建程序流程圖，運(yùn)用matlab語(yǔ)言，編寫(xiě)matlab程序，并在matlab6.5中調(diào)試運(yùn)

17、行，將這個(gè)實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為編程語(yǔ)言。3.1 程序流程 按照現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)的觀(guān)點(diǎn)，算法（algorithm）是一系列解決問(wèn)題的清晰指令. 算法是一個(gè)程序的靈魂，一個(gè)準(zhǔn)確無(wú)誤的算法是程序設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。任何算法功能都能夠通過(guò)三種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了更加方便清楚準(zhǔn)確的編寫(xiě)程序，我們首先把算法用流程圖的方式來(lái)表示出來(lái)。程序流程圖是人們對(duì)解決問(wèn)題的方法、思路或算法的一種描述。采用簡(jiǎn)單規(guī)范的符號(hào)，畫(huà)法簡(jiǎn)單, 結(jié)構(gòu)清晰，邏輯性強(qiáng), 便于描述，容易理解綜合運(yùn)用三種邏輯結(jié)構(gòu)，并且仔細(xì)推算，以保證算法精確,節(jié)省空間和時(shí)間，以及達(dá)到高效率。程序流程圖如圖2所示。新步長(zhǎng)輸入給定已知參數(shù)

18、：l1,l2,l3,l4,w2設(shè)置th2的范圍及步長(zhǎng)調(diào)用fsolve函數(shù)求解th3,th4求解連桿3兩端點(diǎn)坐標(biāo)值繪制從動(dòng)件角位移線(xiàn)圖繪制連桿3的幾個(gè)位置點(diǎn)利用矩陣公式求w3,w4輸出一個(gè)周期內(nèi)角位移，角速度，角加速度數(shù)據(jù)繪制從動(dòng)件角加速度線(xiàn)圖利用矩陣公式求a3,a4繪制從動(dòng)件角速度線(xiàn)圖程序開(kāi)始程序結(jié)束重新設(shè)置步長(zhǎng)圖2 程序流程圖3.2 m文件編寫(xiě)16首先創(chuàng)建函數(shù)aa，函數(shù)fsolve通過(guò)他確定。function t=aa(th1,th2,l2,l3,l4,l1)t=l2*cos(th2)+l3*cos(th(1)-l4*cos(th(2)-l1;l2*sin(th2)+l3*sin(th(1)

19、-l4*sin(th(2);主程序如下：disp * * * * * * 平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 * * * * * *l1=input(輸入機(jī)架長(zhǎng)度 l1=);l2=input(輸入曲柄長(zhǎng)度(主動(dòng)件) l2=);l3=input(輸入連桿長(zhǎng)度 l3=);l4=input(輸入輸入從動(dòng)桿長(zhǎng)度 l4=);rs=l1 l2 l3 l4;minimum=min(rs);maximum=max(rs);if (minimum+maximum)(sum(rs)-minimum-maximum)disp 此機(jī)構(gòu)不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件,程序終止,break; endif l1=l2&l1=l3&l1=l4 disp

20、 此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu) elseif l2=l1&l2=l3&l2=l4 disp 此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu) else disp 此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu),本例不予考慮,break;endw2=input(輸入主動(dòng)件角速度 w2=);th2=0:1/6:2*pi;th34=zeros(length(th2),2);options=optimset(display,off);for m=1:length(th2)th34(m,:)=fsolve(aa,1 1,options,th2(m),l2,l3,l4,l1);endy=l2*sin(th2)+l3*sin(th34(:,1);x=l2*cos(th2)

21、+l3*cos(th34(:,1);xx=l2*cos(th2);yy=l2*sin(th2);figure(1)plot(x;xx,y;yy,k,0 l1,0 0,k-,x,y,ko,xx,yy,ks)title(連桿3的幾個(gè)位置點(diǎn))xlabel(水平方向)ylabel(垂直方向)axis equalth2=0:2/72:2*pi;for m=1:length(th2)th34(m,:)=fsolve(aa,1 1,options,th2(m),l2,l3,l4,l1);endfigure(2)plot(th2*180/pi,th34(:,1),th2*180/pi,th34(:,2)plo

22、t(th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th2*180/pi,th34(:,2)*180/pi)gridxlabel(主動(dòng)件轉(zhuǎn)角theta_2(度)ylabel(從動(dòng)件角位移(度)title(角位移線(xiàn)圖)w3=(l2*w2*sin(th34(:,2)-th2)./(l3*sin(th34(:,1)-th34(:,2);w4=(l2*w2*sin(th2-th34(:,1)./(l4*sin(th34(:,2)-th34(:,1);figure(3)plot(th2*180/pi,w3,th2*180/pi,w4);gridxlabel(主動(dòng)件轉(zhuǎn)角theta_2(度)ylab

23、el(從動(dòng)件角速度(radcdot s-1)title(角速度線(xiàn)圖)s32=th34(:,1)-th2;s43=th34(:,2)-th34(:,1);s24=th2-th34(:,2);a3=(l2*w22*cos(s24)+l3*w3.2.*cos(s43)-l4*w4.2)./(l4*sin(s43);a4=(l2*w22*cos(s32)-l4*w4.2.*cos(s43)+l3*w3.2)./(l4*sin(s43);figure(4)plot(th2*180/pi,a3,th2*180/pi,a4);gridxlabel(從動(dòng)件角加速度)ylabel(從動(dòng)件角加速度(radcdot

24、 s-2)title(角加速度線(xiàn)圖)disp 曲柄轉(zhuǎn)角 連桿轉(zhuǎn)角-從動(dòng)桿4轉(zhuǎn)角-連桿角速度-從動(dòng)桿4角速度-連桿加速度-從動(dòng)桿4加速度ydcs=th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th34(:,2)*180/pi,w3,w4,a3,a4;disp(ydcs)ex=l2*cos(th2)+l3*cos(th34(:,1)-l4*cos(th34(:,2)-l1;ey=l2*sin(th2)+l3*sin(th34(:,1)-l4*sin(th34(:,2);ee=norm(ex ey);disp 曲柄轉(zhuǎn)角 x向偏差 y向偏差wc=th2*180/pi,ex,eydisp(wc

25、)fprintf(1, 偏差矢量矩陣的模ee=%3.4fn,ee)figure(5)plot(th2*180/pi,ex,th2*180/pi,ey)gridtitle(均方根偏差曲線(xiàn))xlabel(主動(dòng)件轉(zhuǎn)角theta_2(度)ylabel(均方根偏差)3.3 程序運(yùn)行結(jié)果輸出* * * * * * 平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 * * * * * *輸入機(jī)架長(zhǎng)度 l1=90輸入曲柄長(zhǎng)度(主動(dòng)件) l2=30輸入連桿長(zhǎng)度 l3=60輸入輸入從動(dòng)桿長(zhǎng)度 l4=70此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)輸入主動(dòng)件角速度 w2=20曲柄轉(zhuǎn)角 連桿轉(zhuǎn)角-從動(dòng)桿4轉(zhuǎn)角-連桿角速度-從動(dòng)桿4角速度-連桿加速度-從動(dòng)桿4加速度

26、columns 1 through 6 0 71.3707 125.6853 -10.0000 -10.0000 -184.6761 5.0000 68.7629 123.2500 -10.8220 -9.4453 -137.6470 10.0000 65.9802 120.9809 -11.3983 -8.6728 -88.7805 15.0000 63.0843 118.9297 -11.7289 -7.7076 -41.6608 20.0000 60.1349 117.1400 -11.8305 -6.5875 0.7471 25.0000 57.1857 115.6451 -11.73

27、26 -5.3571 36.4813 30.0000 54.2822 114.4668 -11.4719 -4.0626 64.6726 35.0000 51.4601 113.6156 -11.0869 -2.7467 85.3915 40.0000 48.7460 113.0922 -10.6140 -1.4458 99.3671 45.0000 46.1578 112.8890 -10.0848 -0.1885 107.6877 50.0000 43.7061 112.9925 -9.5252 1.0046 111.5547 55.0000 41.3961 113.3848 -8.954

28、7 2.1200 112.1168 60.0000 39.2285 114.0454 -8.3876 3.1497 110.3787 65.0000 37.2012 114.9523 -7.8334 4.0906 107.1673 70.0000 35.3102 116.0832 -7.2979 4.9422 103.1339 75.0000 33.5504 117.4161 -6.7839 5.7066 98.7752 80.0000 31.9164 118.9295 -6.2922 6.3869 94.4624 85.0000 30.4026 120.6028 -5.8217 6.9866

29、 90.4698 90.0000 29.0040 122.4164 -5.3702 7.5098 87.0018 95.0000 27.7161 124.3516 -4.9347 7.9599 84.2148 100.0000 26.5356 126.3905 -4.5114 8.3400 82.2350 105.0000 25.4598 128.5160 -4.0959 8.6527 81.1722 110.0000 24.4874 130.7114 -3.6833 8.8996 81.1294 115.0000 23.6183 132.9604 -3.2680 9.0815 82.2090

30、 120.0000 22.8540 135.2467 -2.8442 9.1985 84.5143 125.0000 22.1975 137.5541 -2.4053 9.2494 88.1462 130.0000 21.6532 139.8658 -1.9444 9.2326 93.1925 135.0000 21.2277 142.1645 -1.4541 9.1452 99.7082 140.0000 20.9293 144.4323 -0.9268 8.9843 107.6830 145.0000 20.7680 146.6503 -0.3554 8.7464 116.9971 150

31、.0000 20.7557 148.7989 0.2662 8.4289 127.3655 155.0000 20.9056 150.8580 0.9422 8.0304 138.2825 160.0000 21.2315 152.8074 1.6737 7.5520 148.9874 165.0000 21.7468 154.6277 2.4570 6.9983 158.4813 170.0000 22.4636 156.3010 3.2832 6.3785 165.6267 175.0000 23.3908 157.8125 4.1374 5.7064 169.3344 180.0000

32、24.5330 159.1513 5.0000 5.0000 168.8014 185.0000 25.8896 160.3113 5.8483 4.2793 163.7155 190.0000 27.4540 161.2915 6.6595 3.5642 154.3353 195.0000 29.2145 162.0954 7.4135 2.8723 141.4095 200.0000 31.1547 162.7307 8.0949 2.2166 125.9711 205.0000 33.2551 163.2074 8.6936 1.6054 109.0995 210.0000 35.494

33、3 163.5374 9.2048 1.0421 91.7321 215.0000 37.8502 163.7324 9.6279 0.5260 74.5640 220.0000 40.3011 163.8041 9.9651 0.0540 58.0308 225.0000 42.8259 163.7627 10.2202 -0.3791 42.3417 230.0000 45.4047 163.6173 10.3977 -0.7793 27.5346 235.0000 48.0186 163.3753 10.5019 -1.1529 13.5312 240.0000 50.6498 163.

34、0425 10.5365 -1.5062 0.1811 245.0000 53.2813 162.6234 10.5045 -1.8451 -12.7055 250.0000 55.8967 162.1207 10.4076 -2.1752 -25.3371 255.0000 58.4798 161.5360 10.2466 -2.5020 -37.9287 260.0000 61.0146 160.8696 10.0212 -2.8303 -50.6938 265.0000 63.4849 160.1204 9.7299 -3.1647 -63.8408 270.0000 65.8738 1

35、59.2863 9.3702 -3.5098 -77.5696 275.0000 68.1640 158.3643 8.9388 -3.8695 -92.0672 280.0000 70.3369 157.3500 8.4313 -4.2478 -107.5012 285.0000 72.3729 156.2385 7.8425 -4.6481 -124.0090 290.0000 74.2509 155.0239 7.1668 -5.0734 -141.6810 295.0000 75.9485 153.6996 6.3980 -5.5260 -160.5356 300.0000 77.44

36、17 152.2586 5.5305 -6.0069 -180.4846 305.0000 78.7051 150.6938 4.5590 -6.5156 -201.2871 310.0000 79.7123 148.9987 3.4804 -7.0494 -222.4931 315.0000 80.4363 147.1676 2.2943 -7.6020 -243.3816 320.0000 80.8508 145.1969 1.0048 -8.1633 -262.9044 325.0000 80.9310 143.0864 -0.3776 -8.7178 -279.6556 330.000

37、0 80.6557 140.8404 -1.8347 -9.2440 -291.8984 335.0000 80.0097 138.4691 -3.3385 -9.7140 -297.6852 340.0000 78.9857 135.9908 -4.8512 -10.0942 -295.0989 345.0000 77.5872 133.4326 -6.3261 -10.3473 -282.6143 350.0000 75.8302 130.8308 -7.7105 -10.4360 -259.5197 355.0000 73.7440 128.2310 -8.9510 -10.3277 -

38、226.2782 360.0000 71.3707 125.6853 -10.0000 -10.0000 -184.6761程序運(yùn)行圖形輸出：圖3 運(yùn)行界面圖4 連桿3的幾個(gè)位置點(diǎn) 圖5 角位移線(xiàn)圖圖6 角速度線(xiàn)圖 圖7 角加速度線(xiàn)圖4 基于matlab圖形界面設(shè)計(jì)4.1 界面設(shè)計(jì)圖8 新建gui文件首先我們新建一個(gè)gui文件，如上圖所示，選擇blank gui(default)：進(jìn)入gui開(kāi)發(fā)環(huán)境以后添加5個(gè)編輯文本框，9個(gè)靜態(tài)文本框，和1個(gè)下拉菜單。利用菜單編輯器，創(chuàng)建open、print、close三個(gè)菜單。創(chuàng)建好gui界面需要的各交互控件并調(diào)整好位置后，設(shè)置這些控件的屬性。最后的界面如

39、圖示：圖9 界面效果4.2 代碼設(shè)計(jì)(1)打開(kāi)m文件編輯器(m-file edit),點(diǎn)擊向下的三角圖標(biāo)，可以看到各個(gè)對(duì)象的回調(diào)函數(shù)（callback）,某些對(duì)象的創(chuàng)建函數(shù)或打開(kāi)函數(shù)等。通過(guò)選中相應(yīng)項(xiàng)就可以跳動(dòng)對(duì)應(yīng)函數(shù)位置進(jìn)行程序編輯。 選中edit_callback選項(xiàng)，光標(biāo)跳到 function edit1_callback(hobject, eventdata, handles)下面空白處，添加以下代碼：user_entry=str2double(get(hobject,string);if isnan(user_entry) errordlg(請(qǐng)輸入數(shù)值！,bad input)end該

40、語(yǔ)句嚴(yán)格限制編輯框內(nèi)必須輸入數(shù)值，否則出現(xiàn)錯(cuò)誤對(duì)話(huà)框（如下圖所示）。同理在其他四個(gè)編輯框的回調(diào)函數(shù)下輸入相同的代碼。 圖10 錯(cuò)誤對(duì)話(huà)框(2)打開(kāi)m文件編輯器(m-file edit),點(diǎn)擊向下的三角圖標(biāo)，設(shè)置下拉菜單返回函數(shù)，光標(biāo)跳到 function popupmenu1_callback(hobject, eventdata, handles)下面空白處。由于下拉菜單是本界面設(shè)計(jì)關(guān)鍵控件，與本設(shè)計(jì)相關(guān)的程序都放在這個(gè)返回函數(shù)下。添加代碼如下：l1=str2double(get(handles.edit1,string);l2=str2double(get(handles.edit2,st

41、ring);l3=str2double(get(handles.edit3,string);l4=str2double(get(handles.edit4,string);w2=str2double(get(handles.edit5,string);th2=0:2/72:2*pi; th34=zeros(length(th2),2);options=optimset(display,off);for m=1:length(th2)th34(m,:)=fsolve(aa,1 1,options,th2(m),l2,l3,l4,l1);endw2=250;for i=1:length(th2)a

42、=-l3*sin(th34(i,1) l4*sin(th34(i,2); l3*cos(th34(i,1) -l4*cos(th34(i,2);b=w2*l2*sin(th2(i); -w2*l2*cos(th2(i);w=inv(a)*b; w3(i)=w(1);w4(i)=w(2);endfor i=1:length(th2)c=-l3*sin(th34(i,1) l4*sin(th34(i,2);l3*cos(th34(i,1) -l4*cos(th34(i,2);d=w22*l2*cos(th2(i)+w3(i)2*l3*cos(th34(i,1)-w4(i)2*l4*cos(th34

43、(i,2);. w22*l2*sin(th2(i)+w3(i)2*l3*sin(th34(i,1)-w4(i)2*l4*sin(th34(i,2);a=inv(c)*d;a3(i)=a(1);a4(i)=a(2);endval=get(hobject,value);str=get(hobject,string);switch strvalcase 連桿3的幾個(gè)位置點(diǎn)th2=0:1/6:2*pi; th34=zeros(length(th2),2); options=optimset(display,off); for m=1:length(th2) th34(m,:)=fsolve(aa,1、

44、1,options,th2(m),l2,l3,l4,l1); end y=l2*sin(th2)+l3*sin(th34(:,1); x=l2*cos(th2)+l3*cos(th34(:,1); xx=l2*cos(th2); yy=l2*sin(th2); plot(x;xx,y;yy,k,0 l1,0 0,k-,x,y,ko,xx,yy,ks) title(連桿3的幾個(gè)位置點(diǎn)) xlabel(水平方向) ylabel(垂直方向) axis equal grid oncase 角位移線(xiàn)圖 plot(th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th2*180/pi,th34(:,

45、2)*180/pi) axis(0 360 0 170) grid on xlabel(主動(dòng)件轉(zhuǎn)角theta_2(度) ylabel(從動(dòng)件角位移(度) title(角位移線(xiàn)圖) text(120,120,搖桿4角位移) text(150,40,連桿3角位移)case 角速度線(xiàn)圖 plot(th2*180/pi,w3,th2*180/pi,w4); axis(0 360 -175 200) text(50,160,搖桿4角速度(omega_4) text(220,130,連桿3角速度(omega_3) grid on xlabel(主動(dòng)件轉(zhuǎn)角theta_2(度) ylabel(從動(dòng)件角速度(r

46、adcdot s-1) title(角速度線(xiàn)圖)case 角加速度線(xiàn)圖plot(th2*180/pi,a3,th2*180/pi,a4); axis(0 360 -50000 65000) text(50,50000,搖桿4角加速度(alpha_4) text(220,12000,連桿3角加速度(alpha_3) grid on xlabel(主動(dòng)件轉(zhuǎn)角theta_2(度) ylabel(從動(dòng)件角加速度(radcdot s-2) title(角加速度線(xiàn)圖)endguidata(hobject,handles)%其中，guidata(hobject,handles)命令用于更新句柄，當(dāng)輸入不同參

47、數(shù)是，程序能夠做出相應(yīng)的相應(yīng)。(3)打開(kāi)m文件編輯器(m-file edit),點(diǎn)擊向下的三角圖標(biāo)，在open菜單回調(diào)函數(shù)下添加以下代碼：file = uigetfile(*.fig);if isequal(file, 0) open(file);end此菜單用以打開(kāi)fig文件。其相應(yīng)界面如圖11所示：圖11 運(yùn)行界面(4)打開(kāi)m文件編輯器(m-file edit),點(diǎn)擊向下的三角圖標(biāo)，在print菜單回調(diào)函數(shù)下添加以下代碼：printdlg(handles.figure1) %用于圖形輸出。(5)打開(kāi)m文件編輯器(m-file edit),點(diǎn)擊向下的三角圖標(biāo)，在close菜單回調(diào)函數(shù)下添加以

48、下代碼：selection = questdlg(close get(handles.figure1,name) ?,. close get(handles.figure1,name) .,yes,no,yes);if strcmp(selection, no) return;enddelete(handles.figure1)此菜單用于關(guān)閉界面，其響應(yīng)界面如圖12所示：圖12(6)完成m文件編寫(xiě)后，運(yùn)行程序進(jìn)行檢驗(yàn)，單擊圖標(biāo)或m文件工具欄的圖標(biāo)，在編輯欄輸入個(gè)構(gòu)件參數(shù)，單擊右側(cè)下拉框，運(yùn)行結(jié)果如以下圖所示：圖13 連桿幾個(gè)位置點(diǎn)圖14 角加速度線(xiàn)圖圖15 角速度線(xiàn)圖 圖16 角位移圖5 結(jié)論

49、在本次基于matlab平面四桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中，不僅用到了matlab的m語(yǔ)言編程，還有g(shù)ui圖形用戶(hù)界面設(shè)計(jì)。對(duì)于課程的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，m語(yǔ)言本身來(lái)說(shuō)，功能相當(dāng)強(qiáng)大，但是由于其復(fù)雜的編程方法，讓大多數(shù)初學(xué)者望而卻步；而gui圖形界面則正好彌補(bǔ)了它的不足，它采用的是所見(jiàn)即所得的編程方式，用它來(lái)做軟件的界面就如圖制作網(wǎng)頁(yè)一樣簡(jiǎn)單明了，用它制作出來(lái)的軟件不需要太多的編程知識(shí)都可以輕松搞定；在此次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中，本人盡量揚(yáng)長(zhǎng)避短，把這些工具的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合到一起，發(fā)揮其最大的作用。本文的程序在 matlab 6 . 5版中調(diào)試通過(guò)。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，不僅使我們對(duì)使我們對(duì)四桿機(jī)構(gòu)有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，并且使我們認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)工程應(yīng)用的重要性。本論文的主要成果有(1)本系統(tǒng)可以自動(dòng)演示不同的四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),模擬仿真運(yùn)動(dòng)軌跡與從動(dòng)件的速度分析,有助于分析機(jī)構(gòu)的速度、加速程度和機(jī)構(gòu)的工作性能;(2)采用 matlab語(yǔ)言開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動(dòng)分析軟件,開(kāi)發(fā)界面容易,運(yùn)行程序時(shí)無(wú)需編輯、連接,給使用者以極大的方便.只要輸入數(shù)據(jù),即可得到結(jié)果.將運(yùn)行結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相比較,從而引導(dǎo)設(shè)計(jì)者修改設(shè)計(jì).本次論文設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其在解析法求解分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，計(jì)算機(jī)編程對(duì)工作的巨大支持，提高了對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)尤其是計(jì)算機(jī)編